[发明专利]机器人低运算要求的动态步态的实现方法

说明书

本发明涉及机器人和创客教育领域，具体涉及一种低运算要求的动态步态的实现方法。该方法包括：根据机器人的腿部结构，建立单腿运动学模型，推导机器人单腿的逆运动学公式；设计步态：使用对应的步态，使机器人当行走时的质心惯性力和重力的合力的延长线穿过机器人的支撑面；将步态周期中每只足端的坐标代入逆运动学公式中，得出每个关节角，并映射到舵机值。直接使用舵机值就可完成整个步态周期，这样就可以免去大量的运算，主控芯片的资源可以使用在其他更需要的方面，这在创客教育中是极其重要的。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人低运算要求的动态步态的实现方法。

背景技术

在创客教育领域中，各种学习平台如小车和仿生机器人，由于用于学习，因此不能将平台设计地太大，价格不能太过于昂贵，这意味着用于创客教育的机器人在动力和主控芯片的运算能力上与大型机器人有较大的差距。因此在市面上用于教育的小狗机器人、人型机器人，大多只能使用较为缓慢的静态步态，在使用过程中特别不方便，这主要是是受限于价格和运算能力的结果。

为了解决教育足式机器人难以快速步行的问题，必须采用一种新的步态方法，应用在低运算能力主控芯片上，使得在尽可能减少运算需求的情况下，实现机器人的动态步态。

发明内容

针对目前技术中存在的不足之处，本发明提供一种机器人低运算要求的动态步态的实现方法，选取尽量少的点来确定机器人腿部的运动轨迹，根据对应的逆运动学公式，计算出各个时刻下的各个关节角度，然后根据具体使用方式得到舵机具体位置值，主控芯片只需发送舵机具体位置值指令给舵机，控制舵机在一定时间内转动到特定角度，便可完成整个步态，而无须进行更多的运算。

为实现上述目的，本发明提供一种机器人低运算要求的动态步态的实现方法，包括以下步骤：

模型建立：根据不同的腿型结构，建立单腿运动学模型并且采用对应的逆运动学公式；

确定步态：根据机器人运动轨迹，选择多个运动点来模拟机器人足端的一个运动周期；

运动角度的确定：将运动点代入逆运动学公式，计算出在各个时刻下的各个关节的运动角度；

步态实现：根据运动角度、舵机的安装方式和角度范围映射到舵机具体位置值，控制舵机完成整个步态。

作为优选，在模型建立步骤中，不同的机器人具有不同的腿型，机器人共有三种，包括双足机器人、四足机器人和六足机器人，对应的腿型也为这三种；运用仿生学原理将三种腿型建立对应的单腿运动学模型，并且推导出逆运动学公式。

作为优选，所述双足机器人的逆运动学公式为

其中D和f为

。

作为优选，所述四足机器人的逆运行学公式为：

其中d的计算公式为：

。

作为优选，所述六足机器人的逆运行学公式为：

其中d的计算公式为：

。

作为优选，在确定步态步骤中，多个点的选择按照以下规则：根据机器人的运动轨迹，选定进行落足和抬足时运动的第一个点作为落足点和抬足点，在落足点和抬足点的连线上选择中点，且在中点的正上方根据抬腿高度再选取一点，将这些点连接起来形成机器人足部的运动轨迹，构成机器人足端的一个运动周期。

作为优选，根据运动轨迹中各个点之间的距离，赋予相对应的时间，使得机器人在行走的过程中保持匀速运动。