[发明专利]基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法

说明书

本发明公开了一种基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法，包括以下步骤：构建线性倒立摆模型，具体是在双连杆倒立摆模型(DLIPM)的基础上引入比例因子γ构建新的线性倒立摆模型；机器人步态规划，具体是基于线性倒立摆模型生成零力矩点轨迹、躯干质心运动轨迹和游动脚规划轨迹，并由逆运动学解算各个关节步态运动曲线。本发明方法建立的线性倒立摆模型更符合人型机器人实际质量分布情况，则在该模型的基础上生成的零力矩点轨迹、躯干质心运动轨迹、游动脚的规划轨迹以及解算的各个关节步态运动曲线更加合理、更加符合自然人双足机器人的步态过程，步态规划准确度高。

技术领域

本发明属于机器人控制研究领域，特别涉及一种基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法。

背景技术

由于采用独特的双足移动机构，仿人双足机器人有着较强的地形适应能力和较高的障碍逾越能力。仿人双足机器人具有较强的环境适应能力，能够在不规则、不平整、崎岖的路面上行走，能够方便地上下台阶，甚至在安装上手臂机构之后，其能够借助手臂攀爬工业楼梯，这是传统轮式或履带式机器人无法做到的，甚至仿人双足机器人能够帮助甚至代替人类完成许多诸如灾害救援、太空作业、探索其他行星和医疗护理等危险或劳动强度大的工作，这进一步刺激了仿人双足机器人相关的研究，因此仿人双足机器人步行研究是机器人领域中的重要研究课题。

现有的对仿人双足机器人的研究中，提出了很多关于步行规划和控制方法。例如，基于轨迹预规划的机器人行走控制方法，通过给定一个简化动力学模型实现行走控制，该模型是将机器人的质心简化为一个代表总体质量的单质点，将腿简化为一个可伸缩质量不计的连杆，将脚掌及踝关节简化为一个与地面接触的点。但在实际情况下，其腿部质量并不位于腿部的几何中心，而是出于偏上的位置，所以使用该模型进行步态规划和分析存在较大的误差，从而影响机器人整体步态过程中的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法。

实现本发明目的的技术解决方案：基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法，包括以下步骤：

步骤1、基于双连杆倒立摆模型构建线性倒立摆模型；

步骤2、基于线性倒立摆模型进行步态规划，生成零力矩点轨迹、躯干质心运动轨迹、游动脚的规划轨迹以及解算各个关节步态运动曲线。

进一步地，基于双连杆倒立摆模型构建线性倒立摆模型，具体为根据机器人腿部质量点m的位置变化引入比例因子γ。

进一步地，步骤2基于线性倒立摆模型进行步态规划，具体为：

步骤2-1、基于线性倒立摆模型生成零力矩点轨迹；

步骤2-2、基于线性倒立摆模型生成躯干质心运动轨迹、游动脚的规划轨迹；

步骤2-3、基于上述三个轨迹，结合逆运动学，解算各个关节步态运动曲线。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)通过实际腿部质量点的位置变化，在构建线性倒立摆模型时引入比例因子γ使得机器人动力学模型更加精确；2)在生成零力矩点(ZMP)轨迹时，由多段一阶函数构成单个周期内ZMP轨迹，进一步提高双足机器人实际步态运动的稳定性；3)在改进模型上生成的零力矩点的轨迹、躯干质心的运动轨迹和游动脚的规划出的轨迹，更加符合自然人双足机器人步态过程，同时兼具合理性。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法流程图。

图2为双连杆倒立摆模型的示意图。

图3为本发明构建的线性倒立摆模型示意图。

图4为本发明构建的线性倒立摆模型的平面示意图。