[发明专利]单腿多轴双足机器人运动学联合仿真方法

说明书

本发明公开了一种单腿多轴双足机器人运动学联合仿真方法，方法包括：S1、在Matlab中构建单腿多自由度双足机构模型；S2、在六自由度单机械臂puma560的仿真模块sl_rrmc2的基础上根据双足特性设计得到与左右腿对应的两个Simulink仿真模块；S3、将步骤S1中建立的双足机构模型与步骤S2中开发的Simulink仿真模块进行交互实现行走的运动学联合仿真。本发明借鉴单机械臂Puma560的仿真模块sl_rrmc2，重新设计适用于多自由度双足机构的运动仿真Simulink模块，将该模块和Matlab Robotics的交互实现对该双足机构的运动学联合仿真，本发明不限于该双足机构是否满足Pieper准则，在Matlab中可用于小于或大于六自由度的多关节双足机构的仿真。

技术领域

本发明涉及人工智能机器人的运动学仿真领域，尤其涉及一种单腿多轴双足机器人运动学联合仿真方法。

背景技术

目前市面上的双足仿人机器人多为单腿具有5到6个旋转关节(髋关节2～3个，膝关节1个，踝关节2个)的多关节机构。双足机器人的轨迹规划在运动学仿真层面的实现，即多关节机构运动学仿真需要解决由末端执行器空间笛卡尔坐标位姿获取各关节空间坐标位姿的逆运动学。

逆运动学求解方法包括解析法和几何数值法，由于几何数值法的迭代性质，比解析法速度慢，四轴以上的多关节机构虚拟设计中基本不使用几何数值法。

仿真工具Matlab Robotics工具箱自带的逆运动学函数ikine和ikine6s等均为解析法，它们可以应用于具有三个及六个旋转自由度的多关节机构求得逆运动学解析解，这些解析法比需要多次迭代的几何数值法在多关节机器人虚拟设计上有着更广泛的应用。然而，面对小于或大于6自由度双足机构，目前Matlab Robotics工具箱无法直接实现其运动学仿真。参考图1，比如德国FREIEN大学的‘Dany Walker’机器人和优必选的Alpha系列机器人，均为单腿5个旋转关节。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种单腿多轴双足机器人运动学联合仿真方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单腿多轴双足机器人运动学联合仿真方法，包括：

S1、在Matlab中构建单腿多自由度双足机构模型；

S2、在六自由度单机械臂puma560的仿真模块sl_rrmc2的基础上根据双足特性设计得到与左右腿对应的两个Simulink仿真模块；

S3、将步骤S1中建立的双足机构模型与步骤S2中开发的Simulink仿真模块进行交互实现行走的运动学联合仿真。

较佳的，所述步骤S1包括：

S11、利用Matlab Robotics中的Link函数构建左右腿的每个关节；

S12、利用Matlab Robotics中的SerialLink函数将右腿的所有关节连接形成右腿结构体Rleg以及将左腿的所有关节连接形成左腿结构体Lleg。

较佳的，所述步骤S2包括：

将仿真模块sl_rrmc2中的jacob0模块中的函数jacob0()进行修改，使其在每个样本时刻计算雅可比矩阵之前，将移动基坐标的值更新到右腿结构体Rleg或者左腿结构体Lleg的基坐标系位姿矩阵base中；

将仿真模块sl_rrmc2中的逆矩阵inv函数替换为伪逆矩阵pinv函数。

较佳的，所述步骤S3包括：

S31、在Matlab中打开步骤S2中设计的两个Simulink仿真模块，在Simulink仿真模块的jacob0、fkine和plot三个模块的功能模块参数的目标对象绑定为右腿结构体Rleg或者左腿结构体Lleg；