[发明专利]一种仿人机器人多关节协同爆发跳跃的规划方法

说明书

本发明公开了一种仿人机器人多关节协同爆发跳跃的规划方法，首先读取关节电机当前转速，计算关节所能产生的峰值力矩，再根据机器人动力学方程，计算关节峰值力矩作用下各关节的角加速度，接着由各关节的角加速度获取机器人ZMP点的位置，从而判断机器人在跳跃状态时的稳定性，若机器人不稳定，调整机器人的关节力矩，满足机器人稳定的同时，达到机器人爆发跳跃的状态，可实现跳跃运动。本发明对机器人进行跳跃运动的规划，实现了多关节协同爆发跳跃，稳定性好。

技术领域

本发明属于仿人机器人技术领域，具体涉及一种仿人机器人多关节协同爆发跳跃的规划方法。

背景技术

当前仿人机器人已经具有摔、滚、走、跑、爬等多种运动模态及多模态运动转换的能力，极大了地的提高了机器人的灵活性，使机器人能够通过多种非结构化的复杂环境。然而对于沟壑、垂直壁障等自然界常见的环境，现有仿人机器人的运动步态难以通过，制约了仿人机器人的到达范围和实用化进程。

现有技术涉及一种气动肌肉驱动力臂可变的双足跳跃机器人，由左腿、右腿、躯干、肌肉系统和弹簧系统组成，通过气压驱动肌肉和弹簧等协调运动，能够很好的实现垂直跳跃、倾斜跳跃运动。然而弹簧系统导致机器人柔性增加，难以实现稳定行走等步态，导致无法同时兼顾稳定行走与动态跳跃。

现有技术还从人类仿生学的角度，通过模仿人类跳跃运动的动作特点，提供一种3D欠驱动双足机器人跳跃运动的步态规划方法。在跳跃过程中，机器人支撑腿膝关节快速伸张，并且机器人的髋关节同时动作以使机器人躯干与重力竖直方向夹角快速减小；同时满足人类跳跃运动时的关节约束限制，主要包括胯部角度约束、躯干角度约束、膝关节角度约束，实现了与人类运动特征相似的跳跃运动。该方法针对欠驱动机器人，基于matlab全局搜索函patternsearch得到机器人起跳轨迹，欠驱动机器人忽略了人类跳跃运动过程中踝关节的作用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种仿人机器人多关节协同爆发跳跃的规划方法，充分考虑踝关节、膝关节与髋关节对机器人跳跃的作用，实现多关节协同爆发跳跃。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种仿人机器人多关节协同爆发跳跃的规划方法，包括以下步骤：

步骤(1)，读取关节电机当前转速，计算关节所能产生的峰值力矩；

步骤(2)，根据机器人动力学方程，计算关节峰值力矩作用下各关节的角加速度；

步骤(3)，由各关节的角加速度获取机器人ZMP点的位置，从而判断机器人在跳跃状态时的稳定性，若机器人不稳定，调整机器人的关节力矩，直到获取满足机器人稳定的关节角加速度由获取下一时刻机器人的状态X_t+1；

步骤(4)，判断机器人在状态X_t+1时，总体质心在竖直方向的加速度是否满足多关节协同爆发跳跃的条件，不满足时，重复步骤(1)-(3)，直到机器人满足完成机器人多关节协同爆发跳跃运动。

进一步，所述峰值力矩其中i_r为设在关节处的减速器的减速比，ω_joint为关节端转速。

进一步，所述ZMP点的位置满足：-d₁+Δp_x≤p_x,t≤d₂-Δp_x，其中d₁为机器人踝关节在脚掌面的投影到脚跟的距离，d₂为机器人踝关节在脚掌面的投影到脚尖的距离，Δp_x为ZMP稳定裕度，p_x，t为零力矩点横坐标。

更进一步，所述关节的角加速度，微调满足约束：

其中δp_x,t为ZMP点的调节量。