[发明专利]一种双足机器人的仿人步态规划方法

说明书

本发明公开了一种双足机器人的仿人步态规划方法，该方法通过将人类步行的运动特征融入到双足机器人的步态规划，以提高机器人的步行能效，改善其续航能力。本发明所涉及的仿人步态规划方法包含双足支撑相规划以及单足支撑相规划，在双足支撑相，机器人依靠后脚脚踝推力使机器人质心往前移动，同时机器人质心在前向平面内向支撑脚靠近，从而为接下来的单足支撑相提供落地时间，在单足支撑相，机器人支撑脚踝关节侧向平面内的自由度处于被动状态，机器人质心在重力作用下自然前移，摆动脚在预估落地时间内快速迈至落脚点。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种双足机器人的仿人步态规划方法。

背景技术

人类的步行运动包含双足支撑相以及单足支撑相，在双足支撑相，人类依靠后脚脚踝的推力，推动身体质心向前，而在单足支撑相，人的身体质心在重力作用下自然前移，同时支撑腿各关节基本处于锁死的状态，以提高步行能效。

双足机器人是一种模仿人类结构特征的机器人，它的最终目标是实现与人类相似的运动行为。目前，国内外已经成功研发出了许多能够实现行走运动的双足机器人，如美国波士顿动力公司的ATLAS与Petman、日本AIST的HRP、日本本田公司的ASIMO、韩国AKIST的KHR、欧洲开源机器人iCub、我国哈尔滨工业大学的HIT与GoRoBoT、国防科技大学的KDW、北京理工大学的BHR、清华大学的THBIP等。尽管这些双足机器人都能实现稳定的行走运动，但其步行能效都较低，导致续航能力较弱，难以走向实际应用。实际上，经过千百年的自然进化，人类的步态变得十分高效，已公开的数据表明，人类的步行能效是ATLAS机器人的25倍左右，是ASIMO机器人的16倍左右。人类高能效步态背后的科学原理在于运动相的合理规划以及各关节的协调动作。本发明的基本思路在于，将人类步行运动中的关节动作机制及特征融入到双足机器人的步行规划中，以实现机器人的高能效步行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双足机器人的仿人步态规划方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种双足机器人的仿人步态规划方法，包括双足支撑相步态规划和单足支撑相步态规划。

所述双足支撑相步态规划为：将机器人在双足支撑相的驱动自由度q_con,d以及摆动腿踝关节的俯仰自由度q_ankle,sw的运动轨迹表示为3次贝塞尔多项式形式，并使其它关节处于被动状态：

其中，q_con,d＝[q_knee,st,q_yaw,st,q_roll,st,q_pitch,st,q_yaw,sw,q_pitch,sw,q_knee,sw]^T，所述机器人在双足支撑相的驱动自由度q_con,d包括支撑腿膝关节自由度q_knee,st、支撑腿髋关节的转动自由度q_yaw,st，支撑腿髋关节的摆动自由度q_roll,st，支撑腿髋关节的俯仰自由度q_pitch,st，摆动腿髋关节的转动自由度q_yaw,sw，摆动腿髋关节的俯仰自由度q_pitch,sw和摆动腿膝关节自由度q_knee,sw；a_k为q_con,d的贝塞尔多项式系数；T_d表示机器人双足支撑相的时间长度；β_k为q_ankle,sw的贝塞尔多项式系数。