[发明专利]一种仿人机器人摆动腿迈步的能效优化控制方法

摘要

本发明提供了一种仿人机器人摆动腿迈步的能效优化控制方法，其基于给定的初始、末位时刻的状态和单脚支撑起时间获得对应于评价函数的运动轨迹；通过建立仿人机器人摆动腿的模型的动力学方程，建立非线性状态方程，建立评价函数，运用遗传算法获得对应于评价函数的运动轨迹；通过设置所述评价函数中的权重系数，获得具有不同运动效果的运动轨迹。通过自主选择使评价函数最小化，获得最优运动轨迹，实现对仿人机器人行走时摆动腿的运动优化，减少能耗，提高仿人机器人的续航能力。

主权项

1.一种仿人机器人摆动腿迈步的能效优化控制方法，基于给定的初始、末位时刻的状态和单脚支撑期时间获得对应于评价函数的运动轨迹；其包括如下步骤：(1)建立仿人机器人摆动腿的模型的动力学方程；(2)依据所述动力学方程建立非线性状态方程；(3)建立评价函数；(4)运用遗传算法获得对应于评价函数的运动轨迹；其特征在于：通过设置所述步骤(3)中的评价函数中的权重系数，获得具有不同运动效果的运动轨迹；其中，所述动力学方程为：其中M(θ)∈R^6×6是关节空间的惯性矩阵，是科氏力、离心力与重力的合力矢量，u₁～u₆为摆动腿关节1～6的驱动力矩，M(θ)是关节角度的函数，只与关节角度相关；是关节角度、角速度的函数，坐标系建立法则如下:平行于旋转轴的方向为杆件坐标系的Z轴；根据Z轴方向确定杆件坐标系的X轴的方向：Xi‑1轴的方向将垂直于Zi‑1轴与Zi轴，关节i处的Z轴的下标为i‑1，关节i处的X轴的下标为i‑1，i＝1,2,…,6分别对应摆动腿关节1～6；由右手定则决定Y轴正方向；各角度的定义如下：θ1：表示髋关节绕Z轴正方向所旋转的角度；θ2：表示髋关节绕Y轴正方向所旋转的角度；θ3：表示髋关节绕X轴正方向所旋转的角度；θ4：表示膝关节绕X轴正方向所旋转的角度；θ5：表示踝关节绕X轴正方向所旋转的角度；θ6：表示踝关节绕Y轴正方向所旋转的角度；所述非线性状态方程为：其中u为该非线性状态方程的控制量，所述评价函数为：其中，xe是末位时刻的状态，t为单脚支撑期时间，S、Q、R为12*12的权重矩阵；t∈[t0,tf]，t0为开始时间，tf为结束时间。