[发明专利]基于个体特征的机器人步态规划方法

说明书

本公开提供一种基于个体特征的机器人步态规划方法，包括以下步骤：将普通人行走时的标准极限步长和各关节的标准偏摆极限位置作为已知参数，将个体的各关节极限活动范围作为关节安全裕度；根据已知参数和关节安全裕度，获取个体的步态修正参数；基于个体的步态修正参数获得机器人的步态参数；以及建立机器人的数学模型，基于数学模型，将机器人的步态参数作为输入参数，求解机器人的步态轨迹。

技术领域

本公开涉及一种基于个体特征的机器人步态规划方法。

背景技术

辅助行走机器人，可以在人行走的过程中起到辅助作用，并检测和记录不同个体行走时的各项运动参数以便及时调整步态。这类机器人在研发过程中，良好的步态规划是保证辅助效果和安全的基石。在步态规划的过程中，不仅要考虑机器人运动的安全程度，更应与人体运动相结合。不同个体有不同的关节活动范围和不同的极限步速、步长，进一步导致了机器人需要在不同的自由度运动极限值和步长下规划步态。

现有技术中关于机器人的步态规划方法，主要是通过结合人体下肢运动的特点，建立下肢关节的数学模型和人体结构参数，找出不同个体的特征点，最终得到机器人关节运动曲线。但是这种方法得到的一般是通用的步态数据，无法针对特定个体进行参数优化，并生成个体特有的步态轨迹，故只适用于得到一般个体适用的机器人步态轨迹，应用范围较窄。另一方面，这种方法涉及的参数多，求解过程复杂，且建立在大量的实验基础上，算法计算慢，实施成本高。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种基于个体特征的机器人步态规划方法。

根据本公开的一个方面，基于个体特征的机器人步态规划方法包括以下步骤：

将普通人行走时的标准极限步长和各关节的标准偏摆极限位置作为已知参数，将个体的各关节极限活动范围作为关节安全裕度；

根据已知参数和关节安全裕度，获取个体的步态修正参数；

基于个体的步态修正参数获得机器人的步态参数；以及

建立机器人的数学模型，基于数学模型，将机器人的步态参数作为输入参数，求解机器人的步态轨迹。

根据本公开的至少一个实施方式，建立机器人的数学模型的步骤，包括：

将机器人的上身简化为一个集成质量块；

假设机器人的每条腿具有N个关节，q_n∈R^6×1表示关节的角度，将机器人的上身坐标系∑R设置在机器人的腰部中心，其中N≥2，n表示第n个关节，n≤N。

根据本公开的至少一个实施方式，关节安全裕度包括：个体的各关节的最大偏摆位置和最小偏摆位置。

根据本公开的至少一个实施方式，个体的步态修正参数包括个体极限步长，个体极限步长的计算公式如下：

k₁＝f(Joint1_max,Joint2_max,...,Jointn_max)

k₂＝f(Joint1_max,Joint2_max,...,Jointn_min)

…

k_2n＝f(Joint1_min,Joint2_min,...,Jointn_min)

其中，n≥2，k表示个体极限步长，f表示个体极限步长的计算公式的算法函数代号，Jointn_max表示个体的第n个关节的最大偏摆位置，Jointn_min表示个体的第n个关节的最小偏摆位置。