[发明专利]一种3D欠驱动双足机器人跳跃运动的步态规划方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种3D欠驱动双足机器人跳跃运动 的步态规划方法。

背景技术

双足机器人是一种模仿人类结构特征的机器人，它的最终目标是实现与人类 相似的运动行为。目前，国内外已经成功研发出了许多能够实现行走运动的双足 机器人，如美国波士顿动力公司的ATLAS与Petman、日本AIST的HRP、日本本 田公司的ASIMO、韩国AKIST的KHR、欧洲开源机器人iCub、我国哈尔滨工业大 学的HIT与GoRoBoT、国防科技大学的KDW、北京理工大学的BHR、清华大学的 THBIP等。尽管这些先进的双足机器人都能实现稳定的行走运动，但目前还较少 有3D双足机器人能够实现跳跃运动。相比于行走运动的双足机器人，进行跳跃 运动的双足机器人往往需要更复杂的机械系统设计，驱动控制技术也更复杂，特 别是欠驱动双足机器人，从而对该类机器人的跳跃运动进行步态规划也更为困 难。

目前，为了实现欠驱动双足机器人的跳跃运动，大家主要采用以文献 “Modeling,motionplanning,andcontrolofone-leggedhoppingrobotactuatedby twoarms”为代表的一类作品所提的方法，基于弹性伸缩腿驱动控制模型对双足 机器人进行步态规划，即机器人拥有可伸缩的弹簧腿，上面装有直线弹簧，当机 器人与地面接触后，可伸缩弹簧腿上的直线弹簧释放能量，从而给机器人提供跳 跃的动力。

基于弹性伸缩腿驱动控制模型的步态规划方法虽然能够实现跳跃运动，但还 是存在一些不能令人完全满意的地方。一方面，由于引入了弹射系统，机器人的 机械系统设计变得较复杂，并且，在该步态规划过程中，弹簧的伸缩控制需要与 机器人的步态在整个跳跃运动过程中保持节奏协调一致，比如，当机器人落地时， 弹簧要压缩到最短并恰好被释放，这就要求机器人系统的弹簧伸缩控制具有很高 的协同控制精度，从而提高了机器人系统的实现难度；另一方面，从人类仿生学 的角度，跳跃机器人可伸缩腿的作用机制与人类跳跃的作用机制存在较大的差异 性：人类的腿是不会发生长度伸缩变化的，因此这种跳跃机器人的步态难以体现 人类的运动特点。

发明内容

为了克服上述问题，本发明从人类仿生学的角度，通过模仿人类跳跃运动 的动作特点，提供一种3D欠驱动双足机器人跳跃运动的步态规划方法，

本发明的技术目的通过以下技术方案实现:

一种3D欠驱动双足机器人跳跃运动的步态规划方法，应用于3D欠驱动双 足机器人，从仿生学的角度，模仿人类跳跃运动的动作特点。

具体的，在机器人跳跃过程中，机器人的支撑腿膝关节快速伸张，并且髋 关节同时动作以使机器人躯干与重力竖直方向的夹角快速减小；

在该动作过程中，所述支撑腿膝关节以及髋关节驱动控制的数学模 型为

u3=-k3(q3-q3res)u4=-k4(q1+q3+q4)]]>