[发明专利]一种仿人机器人高动态运动质心柔顺控制方法

说明书

本发明提供了一种仿人机器人高动态运动质心柔顺控制方法，基于线性二次型调节器设计反馈控制器，计算质心动量二阶导的补偿量；对质心动量二阶导的补偿量积分，得到质心位置及动量的补偿量，将质心位置及动量的补偿量叠加到期望质心位置及动量上，对期望轨迹进行更新，求解得到的关节轨迹发送给机器人进行执行。本发明计算质心动量二阶导的补偿量，得到柔顺控制所需的反馈系数，有效减少对反馈系数进行调节的时间；本发明同时考虑质心线动量和角动量的变化量，实现对质心在移动方向及转动方向均进行柔顺控制，提高机器人高动态运动的稳定性。

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高动态运动质心柔顺控制方法。

背景技术

仿人机器人在受到外界扰动时，需要通过调节末端接触力来维持自身稳定，由于接触力与机器人的整体质心及动量密切相关，因此在对机器人进行稳定控制时往往需要对机器人末端及质心同时进行柔顺控制，从而使机器人能承受较大的持续外界扰动。目前，对于仿人机器人质心柔顺控制大多集中于研究对质心移动自由度相关(即质心位置及质心线动量)运动的柔顺控制，未涉及对质心转动自由度相关(即绕质心的角动量)运动的柔顺控制。虽然，机器人在进行低速或静态运动(如慢速行走、站立等)时，机器人绕其质心的角动量可忽略不计，但当机器人进行高动态运动(如快速奔跑、跳跃等)时其绕质心的角动量不可忽视且对运动的完成至关重要。因此，在机器人进行高动态运动时需要同时对机器人质心移动及转动自由度相关运动进行柔顺控制，从而实现使机器人实现稳定的高动态运动。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种仿人机器人高动态运动质心柔顺控制方法，实现对机器人质心状态在移动及转动方向同时进行柔顺控制。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种仿人机器人高动态运动质心柔顺控制方法，具体为：

获取机器人浮动基位姿，计算已接触末端的实际位姿；

根据已接触机器人末端的实际位姿及受力，计算机器人所受实际接触合力/力矩；

基于线性二次型调节器设计反馈控制器，计算质心动量二阶导的补偿量；

对质心动量二阶导的补偿量积分，得到质心位置及动量的补偿量，利用所述质心位置及动量的补偿量对期望质心位置及动量轨迹进行更新；

求解得到的关节轨迹发送给机器人进行执行；

所述质心动量二阶导的补偿量为：

其中：为质心动量二阶导的补偿量，μ为控制量，x为状态量，K为反馈系数矩阵，由系数矩阵及权重矩阵Q、R确定；

所述系数矩阵满足：

其中：接触合力/力矩误差量Δλ＝[Δf Δτ]^T，接触合力/力矩变化量的误差量机器人动量的补偿量Δh＝[Δh_l Δh_a]^T，机器人动量变化量的补偿量机器人动量二阶导的补偿量接触合力的误差量接触合力变化量的误差量接触合力矩的误差量接触合力矩变化量的误差量和分别为质心线动量、角动量的二阶导的补偿量，和分别为质心线动量、角动量的一阶导的补偿量，Δh_l和Δh_a分别为质心线动量、角动量的补偿量，和分别为机器人期望接触合力、合力矩的测量值，和分别为机器人接触合力、合力矩的期望值，为接触合力变化量的测量值，为接触合力变化量的期望值，为接触合力矩变化量的测量值，为接触合力矩变化量的期望值，T为滞后时间，I为单位矩阵；

所述权重矩阵满足：

其中：J为目标函数。