[發(fā)明專利]一種確定仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310022155.0
• 申請(qǐng)日: 2013-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN103042525A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃強(qiáng);馬淦;李敬;陳學(xué)超;余張國(guó);張偉民;張思
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明公開了一種確定仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

仿人機(jī)器人具有人的外形特征，可以更好地適應(yīng)人類的生活環(huán)境，從而更好地為人們服務(wù)。近幾十年來，國(guó)內(nèi)外掀起了研究仿人機(jī)器人的熱潮，其研究?jī)?nèi)容主要包括穩(wěn)定行走、靈巧作業(yè)、人機(jī)交互、表情識(shí)別等方面。

仿人機(jī)器人的雙足步行是一個(gè)復(fù)雜的過程。為了描述仿人機(jī)器人最基本的步行能力，諸多動(dòng)力學(xué)模型已被建立起來，比較常見的比如基于單腿的二連桿模型、三連桿模型和基于雙腿的倒立擺模型、五連桿模型和七連桿模型。其中，倒立擺模型假定機(jī)器人上體的所有質(zhì)量幾乎都集中在腰部中心，足和腿的質(zhì)量相對(duì)于上體的質(zhì)量，可以忽略不計(jì)。這種倒立擺模型在仿人機(jī)器人雙足步行領(lǐng)域被廣泛使用。

近幾年來,由于人機(jī)交互的安全及機(jī)器人抗未知干擾的需求，基于力控制的仿人機(jī)器人的研究越來越受到歡迎。作為一種常見的人機(jī)交互方式，機(jī)器人抗推力的研究成為一種典型的研究機(jī)器人抗干擾的例子。

一般來說，推力作用到機(jī)器人身上一段時(shí)間，能使機(jī)器人產(chǎn)生一個(gè)額外的初速度，機(jī)器人要產(chǎn)生一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)來恢復(fù)所受到的干擾。根據(jù)不同的動(dòng)力學(xué)建模方法所得到的仿人機(jī)器人具有不同的抗擾動(dòng)能力。到目前為止，還沒有一種確定仿人機(jī)器人抗擾動(dòng)能力大小的方法。大多數(shù)學(xué)者都簡(jiǎn)單的用仿人機(jī)器人所能受到的最大的沖量除以機(jī)器人全身質(zhì)量作為判斷準(zhǔn)則。但是，這兩個(gè)參數(shù)不能完全說明機(jī)器人魯棒性大小，因?yàn)榉氯藱C(jī)器人的腳的尺寸以及質(zhì)量中心點(diǎn)（COM）的高度也會(huì)影響機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有利用仿人機(jī)器人的腳的尺寸及質(zhì)量中心點(diǎn)的高度確定仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的方法。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單高效的仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的評(píng)估方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種確定仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的方法，所述方法包括以下步驟：

根據(jù)仿人機(jī)器人參數(shù)，用倒立擺模型對(duì)其建模；

根據(jù)線性倒立擺的軌道能量理論，求出機(jī)器人受推力后質(zhì)量中心點(diǎn)的初始速度V₀；

根據(jù)機(jī)器人穩(wěn)定準(zhǔn)則ZMP理論及動(dòng)量定理，計(jì)算該仿人機(jī)器人所能受到的最大擾動(dòng)；

根據(jù)該仿人機(jī)器人所受不同最大擾動(dòng)確定該仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力。

優(yōu)選地，所述計(jì)算該仿人機(jī)器人所能受到的最大擾動(dòng)的步驟包括：求出機(jī)器人所能承受的最大干擾沖量I_max。

優(yōu)選地，所述根據(jù)該仿人機(jī)器人所受不同最大擾動(dòng)確定該仿人機(jī)器人的抗擾動(dòng)能力的步驟包括：根據(jù)該仿人機(jī)器人所能承受的最大沖量，建立評(píng)估仿人機(jī)器人抗擾動(dòng)能力準(zhǔn)則，仿人機(jī)器人抗干擾的魯棒性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為：

Krobust=Imax*TCM*Lff]]>

式中，H_COM代表質(zhì)量中心點(diǎn)的高度，g代表重力加速度，L_ff代表機(jī)器人前腳的長(zhǎng)度，M是機(jī)器人的總質(zhì)量；K_robust值越大，則該機(jī)器人抗擾動(dòng)能力越強(qiáng)，反之則越小。

通過以上技術(shù)方案，本方法能夠根據(jù)使不同的仿人機(jī)器人達(dá)到極限穩(wěn)定狀態(tài)的最大外力擾動(dòng)的大小不同來評(píng)估機(jī)器人抗擾動(dòng)能力。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明所涉及的仿人機(jī)器人倒立擺模型圖。

圖2是本發(fā)明所涉及的倒立擺從受擾動(dòng)到極限穩(wěn)定狀態(tài)的示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

ZMP是跟仿人機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性相關(guān)的一個(gè)概念。所謂ZMP，是地面作用力的力矩為零的那個(gè)點(diǎn)；所謂支撐多邊形，即機(jī)器人足底與地面之間的所有接觸點(diǎn)的最小多邊形區(qū)域。要使仿人機(jī)器人穩(wěn)定行走，其ZMP必須始終位于支撐多邊形中。