[发明专利]一种企鹅机器人步态规划方法、系统、设备及存储介质

权利要求书

1.一种企鹅机器人步态规划方法，通过调用腿部舵机控制企鹅机器人的行走，其特征在于，该方法通过在髋关节添加一个左右偏转的自由度，采用单边六舵机运动控制方法，通过控制舵机的角度来实现行走和转向。

2.根据权利要求1所述的一种企鹅机器人步态规划方法，其特征在于，所述单边六舵机运动控制方法包括以下步骤：

步骤S1、建立用于描述企鹅机器人运动过程中各个关节间关系的企鹅机器人单边六舵机运动控制DH模型；

步骤S2、通过双足运动的稳定性限制条件规划得到运动过程中零力矩点ZMP的参考轨迹；

步骤S3、基于质心Moc与零力矩点ZMP的关系，结合零力矩点ZMP的参考轨迹，采用倒立摆LQR算法，获得企鹅机器人的质心运动轨迹；

步骤S4、基于质心运动轨迹计算髋关节运动轨迹，并规划踝关节运动轨迹；

步骤S5、将踝关节和髋关节运动轨迹作为已知条件，采用运动学逆解方法获取双足运动离线规划结果，并基于单边六舵机运动控制DH模型计算得到每个关节舵机的运动角度；

步骤S6、通过控制每个关节舵机的运动角度来控制相应的舵机，实现企鹅机器人的行走与转向。

3.根据权利要求2所述的一种企鹅机器人步态规划方法，其特征在于，所述步骤S1中的企鹅机器人运动过程包括以下阶段：

起动阶段：企鹅机器人从直立状态开始运动，将髋关节高度降低至行走高度，并将重心偏移至支撑脚上，然后使摆动腿向前跨出半步，同时将重心返回到两腿之间的中心位置，使企鹅机器人从直立状态过度到正常步行状态；

正常步行阶段：企鹅机器人按照预设的步长、抬腿高度以及步行周期参数行走，行走速度保持恒定；

停止阶段：企鹅机器人摆动腿向前跨出半步，放置在与支撑脚齐平的位置，同时重心从支撑脚上偏移至两腿之间的中心位置，并将重心高度升高至初始直立位置。

4.根据权利要求2所述的一种企鹅机器人步态规划方法，其特征在于，所述步骤S2中的双足运动的稳定性判断标准为：如果零力矩点ZPM落在机器人脚掌范围里，则机器人可稳定行走。

5.根据权利要求2所述的一种企鹅机器人步态规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

基于质心Moc与零力矩点ZMP的关系，结合零力矩点ZMP的参考轨迹，采用倒立摆LQR算法，满足零力矩点ZMP的实际轨迹与零力矩点ZMP的参考轨迹的误差在给定范围内，通过matlab的dlqr方法求解离散的空间状态方程，得到预观反馈控制量，从而获得企鹅机器人的质心运动轨迹。

6.根据权利要求2所述的一种企鹅机器人步态规划方法，其特征在于，所述步骤S4中的踝关节运动轨迹包括以下状态：

起始轨迹，摆动腿摆动了半个步长，半个步态周期；

循环轨迹中的支撑腿摆动轨迹，从原点出发；

循环轨迹中的摆动腿摆动轨迹，从终点出发；

结束轨迹，以当前摆动腿作为支撑点，下一个摆动腿摆动半个步态周期，半个步长，并以当前摆动腿结束点作为终点。

7.一种基于权利要求1所述企鹅机器人行走步态规划方法的系统，其特征在于，该系统包括企鹅机器人、舵机以及用于控制舵机的控制模块；

所述企鹅机器人的每条腿上各设有六个用于控制行走和转向的舵机，其中双足的髋关节部位设有控制左右转向的舵机。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述企鹅机器人的髋关节部位设有三个舵机，膝关节部位设有一个舵机，踝关节部位设有两个舵机。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。