[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

说明书

本发明涉及一种企鹅机器人步态规划方法、系统、设备及存储介质，通过调用腿部舵机控制企鹅机器人的行走，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。与现有技术相比，本发明具有步态逼真、转向步态规划精度高以及转弯半径小等优点。

技术领域

本发明涉及机器人步态控制领域，尤其是涉及一种企鹅机器人步态规划方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

企鹅机器人的首要目的是机器人对于企鹅的仿生，完整的企鹅机器人不仅需要有完善的躯干设计，还需要有控制方法设计。对于企鹅仿生来说，企鹅的仿生步态是最重要的技术要点，但现在的功能型仿生机器人都是通过四轮驱动来行动，不能逼真实现模仿企鹅的步态。

经过检索，中国发明专利公开号CN106313064B，提供了一种企鹅仿生机器人，包括躯干组件、手臂组件、脚部组件及头部组件，所述躯干组件包括躯干支撑架、安装于躯干支撑架上的脚部驱动轴、电源及驱动电机、及安装于躯干支撑架底部的底盘组件；所述脚部组件包括上端借助曲柄与脚部驱动轴活动连接的脚支撑臂，所述脚支撑臂的下端安装有脚支撑板，所述躯干支撑架上安装有横向定位杆，所述横向定位杆的端部置于所述脚支撑臂的竖向滑槽中，脚支撑臂由脚部驱动轴及曲柄驱动时，脚支撑臂的上端绕着所述脚部驱动轴转动的轨迹为圆形，其下端的轨迹为椭圆轨迹；但是，该发明采用的是轮式移动的仿生步态设计，非真正的腿部行走，不能逼真实现模仿企鹅的步态。

中国发明专利公开号CN110466643A，提供了一种企鹅仿生机器人，由外壳部装、躯干部装、腿部部装和翅膀部装组成；其中，每个腿部部装有2个自由度，每个翅膀部装也有2个自由度，整个腿部部装和翅膀部装安装在躯干上，在髋关节电机及减速器驱动下，腿部部装可以绕电机轴线即Z轴旋转，在踝关节电机及减速器驱动下，脚底板可以绕电机轴线即X轴旋转；以此完成企鹅机器人的行走步态规划；该发明仅通过四个电机带动企鹅仿生机器人行走，步态僵硬，控制精度不高。

此外，根据企鹅机器人总体设计需求，其仿生步态需要一定的稳定性、可控性、环境适应性，其运动控制设计是不仅要考虑到运动本身的稳定性，还需要考虑运动速度、运动时间的可控性，并且尽量减少环境对机器人的运动状态的影响，从而为上位机、云平台远程控制提供精确而稳定的运动信息；

然而，现有的五舵机运动模型中没有考虑髋关节偏转的自由度，只能通过双脚速度差、地面摩擦力来实现转向，使得转弯步态规划局限性较大；且通过速度差来实现转弯受到企鹅机器人本身速度限制，转弯半径大、可控性低；若将地面摩擦力作为转向的推动力，企鹅机器人在转弯过程中地面对本体的冲击力较大，不易消除，容易造成本体跌倒。

综上，本发明所要解决的技术问题是如何减少环境对企鹅机器人的运动状态的影响，设计一种转弯半径小的企鹅机器人行走步态规划方法及系统，从而可逼真、高精度、稳定、可控地模仿企鹅的行走步态。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种步态逼真、转向步态规划精度高、转弯半径小的企鹅机器人行走步态规划方法、系统、设备及存储介质。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的第一方面，提供了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，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。

优选地，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；