[发明专利]一种双足机器人爬楼梯步态规划方法、装置及机器人

权利要求书

1.一种双足机器人爬楼梯步态规划方法，其特征在于，包括：

建立双足机器人的摆动腿与支撑腿在走楼梯过程中的关键步态的几何模型；其中，所述关键步态包括起步步态、中步步态以及止步步态；所述中步步态包括前向步态和侧向步态；

在爬楼梯过程中，采用变长一阶倒立摆模型对前向步态进行轨迹规划，根据预设的约束条件约束踝关节的运动轨迹以及采用一阶线性倒立摆模型对侧向步态进行轨迹规划，实现双足机器人爬楼梯；

其中，爬楼梯的过程为：

当面对第一楼梯，控制身体重心左移；

运用踝关节的约束条件控制抬起摆动腿右脚，令右脚落到楼梯上；

将身体重心转移到右脚，并再次运用踝关节的约束条件控制抬起摆动腿左脚，令左脚落到楼梯上；

重复以上步骤直至第一楼梯为最后一级楼梯；

判断重心是否落在了稳定区域内；

若是，则结束行走；

若否，则控制两腿进行靠拢，回到起步状态。

2.根据权利要求1所述的双足机器人爬楼梯步态规划方法，其特征在于，所述运用踝关节的约束条件控制抬起摆动腿右脚，还包括：

控制摆动腿离开地面和踏上楼梯的瞬时速度接近0，且摆动腿抬起的最高点处的高度高于所述楼梯的高度，并运用样条插值对摆动腿的移动轨迹进行平滑处理。

3.根据权利要求1所述的双足机器人爬楼梯步态规划方法，其特征在于，所述双足机器人为NAO机器人，所述关键步态的几何模型基于NAO机器人的物理结构及参数进行运动学建模生成。

4.根据权利要求1所述的双足机器人爬楼梯步态规划方法，其特征在于，所述双足机器人的起始位置与楼梯平行，且行走过程中世界坐标系保持不变，即世界坐标系的y轴始终与楼梯平行；则还包括：

当所述双足机器人到达楼梯跟前时，通过计算所述双足机器人的双脚的连线与Y轴的夹角来获取双足机器人的双脚的连线与楼梯的夹角，以调整所述双足机器人与楼梯的位置。

5.一种双足机器人爬楼梯步态规划装置，其特征在于，包括：

几何模型建立单元，用于建立双足机器人的摆动腿与支撑腿在走楼梯过程中的关键步态的几何模型；其中，所述关键步态包括起步步态、中步步态以及止步步态；所述中步步态包括前向步态和侧向步态；

爬楼梯规划单元，用于在爬楼梯过程中，采用变长一阶倒立摆模型对前向步态进行轨迹规划、根据预设的约束条件约束踝关节的运动轨迹以及采用一阶线性倒立摆模型对侧向步态进行轨迹规划，实现双足机器人爬楼梯；

其中，爬楼梯规划单元具体包括：

重心左移模块，用于当面对第一楼梯，控制身体重心左移；

右腿控制模块，用于运用踝关节的约束条件控制抬起摆动腿右脚，令右脚落到楼梯上；

左腿控制模块，用于将身体重心转移到右脚，并再次运用踝关节的约束条件控制抬起摆动腿左脚，令左脚落到楼梯上；

重心判断模块，用于判断重心是否落在了稳定区域内；若是，则结束行走；

若否，则控制两腿进行靠拢，回到起步状态。

6.根据权利要求5所述的双足机器人爬楼梯步态规划装置，其特征在于，所述右腿控制模块具体用于：

控制摆动腿离开地面和踏上楼梯的瞬时速度接近0，且摆动腿抬起的最高点处的高度高于所述楼梯的高度，并运用样条插值对摆动腿的移动轨迹进行平滑处理。

7.根据权利要求5所述的双足机器人爬楼梯步态规划装置，其特征在于，所述双足机器人为NAO机器人，所述关键步态的几何模型基于NAO机器人的物理结构及参数进行运动学建模生成。

8.根据权利要求5所述的双足机器人爬楼梯步态规划装置，其特征在于，所述双足机器人的起始位置与楼梯平行，且行走过程中世界坐标系保持不变，即世界坐标系的y轴始终与楼梯平行；则还包括：

调整单元，用于当所述双足机器人到达楼梯跟前时，通过计算所述双足机器人的双脚的连线与Y轴的夹角来获取双足机器人的双脚的连线与楼梯的夹角，以调整所述双足机器人与楼梯的位置。

9.一种机器人，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任意一项所述的双足机器人爬楼梯步态规划方法。