[发明专利]一种仿人机器人稳定行走的控制方法

摘要

本发明涉及一种仿人机器人稳定行走的控制方法，包括步骤S1获得机器人系统为补偿ZMP跟踪误差所需要产生的动量和角动量；步骤S2基于微分运动学的方式，利用动量雅可比矩阵得到从机器人配置空间到动量和角动量的映射；步骤S3通过对动量雅可比矩阵进行阻尼伪逆计算，得到步骤S2中映射的反映射，进而获取机器人配置空间命令，其对应行走中的动量补偿控制任务；步骤S4采用动态优先级切换方式，将动量补偿控制任务分配，并产生各关节运动命令。与现有技术相比，本发明通过ZMP计算公式将解析动量控制应用到仿人机器人的平衡控制中，并将该控制问题整合到任务空间控制体系中，使得仿人机器人可以利用局部运动产生的补偿动量抑制未知扰动。

主权项

一种仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：步骤S1：获得机器人系统为补偿ZMP跟踪误差所需要产生的动量和角动量；步骤S2：基于微分运动学的方式，利用动量雅可比矩阵得到从机器人配置空间到机器人动量和角动量的映射；步骤S3：通过对动量雅可比矩阵进行阻尼伪逆计算，得到步骤S2中映射的反映射，进而获取机器人配置空间命令，其对应机器人行走中的动量补偿控制任务；步骤S4：采用动态优先级切换方式，将动量补偿控制任务分配，并产生机器人的各关节运动命令，进而控制机器人行走；所述的步骤S2具体包括：201：采用递归方法计算机器人各连杆的局部惯性张量，令与第j个关节相邻的第j‑1个关节所驱动部分的总质量为质心为惯性张量为则由第j个关节所驱动部分的总质量质心和惯性张量计算公式如下：m~j=m~j-1+mj---(3)]]>c~j=(m~j-1c~j-1+mjcj)m~j-1+mj---(4)]]>I~j=I~j-1+m~j-1D(c~j-1-c~j)+RjIjRjT+mjD(cj-c~j)---(5)]]>其中，Rj为第j个关节自身连杆旋转矩阵，cj为其质心，mj为其质量，Ij为其绕关节转轴惯性张量，且202：计算第j个关节以角速度ωj旋转时所产生的动量Pj、角动量Lj，公式如下：Pj=ωj×(c~j-pj)m~jLj=c~j×Pj+I~jωj---(6)]]>其中，pj为第j个关节的位置；203：由步骤S1得到系统总动量以及总角动量由配置空间到动量向量的线性映射可表示为：PL=MRm~E-m~r^b→c~HR0I~q·Rυbωb=JMq·Rυbωb---(7)]]>其中，为系统总质量，为总质心位置，E为3×3单位矩阵，为3×3系统绕质心的总惯性张量矩阵，为身体原点到质心的向量，为与另一向量叉乘的3×3反对称矩阵，为机器人关节角速度向量，υb为身体原点的线速度矢量，ωb为身体原点的角速度矢量，JM为动量雅可比矩阵，MR和HR为各个关节转动对系统总动量和角动量的贡献，且为3×n惯性矩阵，表示为：{MR=[M1,M2,...Mn]HR=[H1,H2,...Hn]---(8)]]>其中，Mj和Hj为分别与第j个关节动量和角动量对应的3×1向量，动量雅可比矩阵中与第j个关节对应的列向量满足下式：MjHj=∂Pj/∂q·j∂Lj/∂q·j---(9)]]>为第j个关节角速度向量，结合式(6)，则：Mj=aj×(c~j-pj)m~jHj=c~j×Mj+I~jaj---(10)]]>其中，aj为第j个关节转轴矢量。