[發(fā)明專利]一種機(jī)器人自主進(jìn)行ZMP標(biāo)定的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010269908.4
• 申請(qǐng)日: 2010-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101950176A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃強(qiáng);陳學(xué)超;余張國(guó);李敬;張偉民;許威;馬淦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/00
• 分類號(hào): G05D1/00;G05D1/08
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對(duì)機(jī)器人ZMP標(biāo)定方法，特別是一種仿人機(jī)器人自主進(jìn)行足部ZMP的標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

仿人機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人)跟人一樣，是靠?jī)蓷l腿的行走實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的。它的雙腿結(jié)構(gòu)跟人類似，較傳統(tǒng)的輪式和履帶式機(jī)器人有更好的機(jī)動(dòng)性，尤其是在凹凸不平的地面、樓梯以及與地面僅有離散不連續(xù)的接觸點(diǎn)的場(chǎng)合更體現(xiàn)出優(yōu)越性。但是雙足機(jī)器人有本質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，容易摔倒。

為了使機(jī)器人行走，必須根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境信息和機(jī)器人當(dāng)前的自身狀態(tài)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，克服環(huán)境的改變與不確定性，使機(jī)器人能在實(shí)際環(huán)境中穩(wěn)定行走。

在控制仿人機(jī)器人穩(wěn)定行走時(shí)，需要知道仿人機(jī)器人的很多參數(shù)，比如身體的姿態(tài)，速度，加速度，質(zhì)心，ZMP點(diǎn)等等，其中ZMP(Zero?MomentPoint)在已知的很多種控制方法中都用到了。所謂ZMP，是地面作用力的力矩為零的那個(gè)點(diǎn)。目前ZMP是通過(guò)安裝在足部的六維力傳感器測(cè)量力與力矩，再通過(guò)ZMP計(jì)算公式計(jì)算得到。由于力傳感器的測(cè)量誤差，安裝環(huán)境，精度及誤差等多方面的影響，力傳感器安裝好后，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，目的是能用力傳感器測(cè)得真實(shí)的ZMP點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)通常是標(biāo)定機(jī)器人腳面上某些固定的點(diǎn)，通過(guò)平移，旋轉(zhuǎn)，線性化等數(shù)學(xué)手段，達(dá)到標(biāo)定整個(gè)腳面的目的。具體實(shí)現(xiàn)方式是首先選取機(jī)器人腳面邊緣的固定點(diǎn)，比如如圖3所示的八個(gè)比較特殊的固定點(diǎn)，這八個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)已知，然后在這些點(diǎn)給機(jī)器人的腳面施加一個(gè)垂直于腳面向上的作用力，得到了六維力傳感器測(cè)量出的力與力矩的值，通過(guò)ZMP的計(jì)算公式，可以得出實(shí)測(cè)的這些點(diǎn)的坐標(biāo)。往往由于各方面因素的影響，用公式計(jì)算出來(lái)的坐標(biāo)值與實(shí)際的坐標(biāo)值會(huì)有一定的偏差，這時(shí)通過(guò)坐標(biāo)系平移，旋轉(zhuǎn)，線性化等數(shù)學(xué)手段，使計(jì)算出的坐標(biāo)值與實(shí)際的坐標(biāo)值盡量吻合。

由于力傳感器的測(cè)量誤差，安裝環(huán)境，精度及誤差等多方面的影響；或者是腳板的某些部分標(biāo)定時(shí)需要矯正，而某些部分不需要矯正，如果對(duì)整個(gè)腳底板都矯正或者都不矯正，導(dǎo)致通過(guò)這些點(diǎn)標(biāo)定后的傳感器測(cè)量出的ZMP與真實(shí)的ZMP有一定的誤差。并且一般需要標(biāo)定人員進(jìn)行手工多次標(biāo)定，人為的施力方向很難達(dá)到垂直于腳面的要求，而且標(biāo)定的點(diǎn)的數(shù)量有限，難以覆蓋整個(gè)腳面，非常耗時(shí)，自動(dòng)化程度不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用機(jī)器人自身的重心自動(dòng)標(biāo)定整個(gè)腳面ZMP的方法。運(yùn)用該方法，機(jī)器人能夠自動(dòng)標(biāo)定ZMP，并且得到誤差可控的ZMP。

本發(fā)明通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種對(duì)步行移動(dòng)裝置進(jìn)行ZMP標(biāo)定的方法，所述步行移動(dòng)裝置具有能夠驅(qū)動(dòng)其步行移動(dòng)的至少兩個(gè)腿部，以及與所述腿部分別通過(guò)踝關(guān)節(jié)相連接的足部，所述足部安裝有力傳感器，所述方法包括：

讓所述步行移動(dòng)裝置單腳支撐保持某個(gè)穩(wěn)定的固定姿勢(shì)，將步行移動(dòng)裝置的支撐腳踝關(guān)節(jié)以上的部分看成是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)所述步行移動(dòng)裝置各個(gè)部件及其位置，計(jì)算出它的質(zhì)心在地面上的投影；

調(diào)節(jié)步行移動(dòng)裝置的支撐腳的踝關(guān)節(jié)，使所述質(zhì)心的投影遍歷所述支撐腳的腳面；

通過(guò)采樣，得到一個(gè)真實(shí)ZMP與通過(guò)所述力傳感器測(cè)量出的ZMP相對(duì)應(yīng)的表格。

本發(fā)明的上述和/或其它方面還通過(guò)提供一種對(duì)機(jī)器人進(jìn)行ZMP標(biāo)定的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述機(jī)器人具有能夠驅(qū)動(dòng)其步行移動(dòng)的至少兩個(gè)腿部，以及與所述腿部分別通過(guò)踝關(guān)節(jié)相連接的足部，所述足部安裝有力傳感器，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

用于讓所述機(jī)器人單腳支撐保持某個(gè)穩(wěn)定的固定姿勢(shì)，將機(jī)器人的支撐腳踝關(guān)節(jié)以上的部分看成是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)所述機(jī)器人各個(gè)部件及其位置，計(jì)算出它的質(zhì)心在地面上的投影的裝置；

用于調(diào)節(jié)機(jī)器人的所述支撐腳的踝關(guān)節(jié)，使所述質(zhì)心的投影遍歷所述支撐腳的腳面的裝置；

用于通過(guò)采樣，得到一個(gè)真實(shí)ZMP與通過(guò)所述力傳感器測(cè)量出的ZMP相對(duì)應(yīng)的表格的裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了如下的技術(shù)效果：

(1)無(wú)需人工標(biāo)定固定點(diǎn)，機(jī)器人自動(dòng)完成ZMP的標(biāo)定，排除了人為因素的影響，同時(shí)省時(shí)省力，自動(dòng)化程度高。

(2)無(wú)論安裝環(huán)境，精度等情況怎樣，只要情況確定，經(jīng)過(guò)本發(fā)明技術(shù)方案得到的ZMP，都能反映真實(shí)的情況。

(3)采樣的點(diǎn)的個(gè)數(shù)較多，并且可以人為控制，精度較高，誤差的范圍可控。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)定ZMP時(shí)仿人機(jī)器人模型簡(jiǎn)化圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的仿人機(jī)器人重心的移動(dòng)方向圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)器人腳面標(biāo)定示意圖。

具體實(shí)施方式