[发明专利]一种仿人机器人稳定行走的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其是涉及一种仿人机器人稳定行走的控制方法。 

背景技术

从对人类自身行走过程的观察可以发现，人类可以通过加速身体局部的平衡技巧来获得抑制扰动的能力，如摆动手臂、晃动游脚、旋转身体等。部分研究人员仿造人类加速局部进行扰动抑制的方法对仿人机器人进行运动补偿。在早期，有Taknishi和Michael等人通过附加可旋转质量块对ZMP跟踪误差进行补偿，在一定程度上抑制了外部扰动。不过，这类方法需要额外的质量块，不适合通用的仿人机器人系统。后来，更多研究人员采用机器人手臂的摆动进行平衡补偿，大多数仅仅控制手臂与行走保持一定相位差做周期运动，没有深入探讨摆臂与平衡的内在关系。从人类行为出发，Hugh等人重点对人类行走的角动量进行研究，发现人类在行走时更倾向于保持各方向角动量守恒，且旋转行走主要由游脚运动产生的角动量实现。本发明则从ZMP框架出发，通过动量加速度与平衡的关系，借助解析动量控制，介绍了一种利用动量进行平衡补偿的统一控制框架。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿人机器人稳定行走的控制方法，通过ZMP计算公式将解析动量控制应用到仿人机器人的平衡控制中，并将该控制问题整合到任务空间控制体系中，使得仿人机器人可以利用局部运动产生的补偿动量抑制未知扰动。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种仿人机器人稳定行走的控制方法，方法包括以下步骤： 

步骤S1：获得机器人系统为补偿ZMP跟踪误差所需要产生的动量和角动量； 

步骤S2：基于微分运动学的方式，利用动量雅可比矩阵得到从机器人配置空间到机器人动量和角动量的映射； 

步骤S3：通过对动量雅可比矩阵进行阻尼伪逆计算，得到步骤S2中映射的反映射，进而获取机器人配置空间命令，其对应机器人行走中的动量补偿控制任务； 

步骤S4：采用动态优先级切换方式，将动量补偿控制任务分配，并产生机器人的各关节运动命令，进而控制机器人行走。 

所述的步骤S1具体包括： 

101：基于坐标系构建机器人的ZMP计算式，给定测量ZMP和期望ZMP的水平位置分别为和令期望ZMP与测量ZMP的水平高度相同； 

102：为补偿ZMP跟踪误差，计算期望机器人系统的总动量和角动量为：