[发明专利]一种仿人机器人桌子-小车模型的Zc参数的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿人机器人桌子-小车模型的Zc参数的获取方法以及利用该方法得到的仿人机器人行走控制方法。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人是随着现代科技的发展而出现的综合学科，而仿人机器人是机器人研究中的重要分支，其涉及到机器人制造中的各个领域，如自主行为控制、人工智能、动态管理、机械设计等，因此仿人机器人在一定程度上代表着机器人研究的最高水平。

如授权公告号为CN203109948U的专利文献公开了一种仿人机器人，该仿人机器人是由头部、身体部分、手臂和腿部所组成的运动机械装置，并加以电路控制系统和传感系统配合，从而实现拟人态的运动。仿人机器人各个运动关节是以电机输出力矩与各活动构件紧密配合来实现的。仿人机器人可以实现代替人完成各种作业，在很多方面扩展人类的能力，在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域都能够得到广泛的应用。

对于仿人机器人来说，关键且首要问题是要实现稳定行走。针对这一问题，已有不少学者做了研究，其中，1972年由Vukobratovic和Stepanenko在一篇关于仿人机器人控制的论文开头提出的零力矩点(ZMP zero-moment point)，脚在接触地面时有反作用力也会产生力矩。若存在一点其反作用力、惯性力的净力矩和为零的点称之为零力矩点(ZMP Zero Moment Point)，如果ZMP落在脚掌的范围里面，则机器人可以稳定的行走。零力矩点(ZMP Zero Moment Point)在如今仿人机器人步态控制和规划领域都得到了广泛的应用。

在仿人机器人步行研究的零力矩点(ZMP Zero Moment Point)方法中，桌子-小车模型是最常用的模型，该模型将仿人机器人运动简化为水平桌面上小车运动，给出了由小车运动带来的ZMP点变化的定量关系。桌子-小车模型只有一个参数，即小车与水平地面的距离Zc，一般将小车的位置视为仿人机器人质心的位置，因此在基于桌子-小车模型的仿人机器人步态规划中，是将机器人的质心高度作为Zc，并通过控制机器人质心作出合适的运动轨迹，来取得期望的ZMP轨迹。但是在应用中观察到，这种以质心来确定Zc和运动控制点的方法所得到的实际ZMP轨迹常与理论ZMP轨迹出入较大。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种仿人机器人桌子-小车模型的Zc参数的获取方法。解决通过质心来确定Zc和运动控制点的方法所得到的实际ZMP轨迹常与理论ZMP轨迹出入较大的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种仿人机器人桌子-小车模型的Zc参数的获取方法，包括以下步骤：

1)在仿人机器人躯干中心线上任选一参照点，控制仿人机器人作原地踏步动作，使参照点左右摆动的轨迹为正弦波；

2)根据仿人机器人理论ZMP点与实际ZMP点在原地踏步动作中的轨迹，建立优化问题并求解得到Zc参数。

本发明中，Zc不再是仿人机器人的质心高度，根据仿人机器人理论ZMP点与实际ZMP点在原地踏步动作中的轨迹，建立优化问题并求解得到Zc参数能使桌子-小车模型更准确地量化仿人机器人运动与ZMP的关系。

作为优选，参照点与水平地面之间的距离为h，参照点左右摆动的轨迹x_H＝asinωt，其中：

a为参照点摆动的幅值；

ω为参照点摆动的圆频率；

t为时间参数。

所述仿人机器人实际ZMP点的轨迹为其中，T为采样周期，即每过一个周期T采集一个仿人机器人实际ZMP点，k为周期序列号，且k为大于等于0的整数。

作为优选，所述优化问题为：求解方程