[發明專利]一種仿人機器人桌子-小車模型的Zc參數的獲取方法

有效

• 申請號: 201410445610.2
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104238360A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 吳俊;朱秋國;相遠飛;熊蓉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體涉及一種仿人機器人桌子-小車模型的Zc參數的獲取方法以及利用該方法得到的仿人機器人行走控制方法。

背景技術

機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。

機器人是隨著現代科技的發展而出現的綜合學科，而仿人機器人是機器人研究中的重要分支，其涉及到機器人制造中的各個領域，如自主行為控制、人工智能、動態管理、機械設計等，因此仿人機器人在一定程度上代表著機器人研究的最高水平。

如授權公告號為CN203109948U的專利文獻公開了一種仿人機器人，該仿人機器人是由頭部、身體部分、手臂和腿部所組成的運動機械裝置，并加以電路控制系統和傳感系統配合，從而實現擬人態的運動。仿人機器人各個運動關節是以電機輸出力矩與各活動構件緊密配合來實現的。仿人機器人可以實現代替人完成各種作業，在很多方面擴展人類的能力，在服務，醫療，教育，娛樂等多個領域都能夠得到廣泛的應用。

對于仿人機器人來說，關鍵且首要問題是要實現穩定行走。針對這一問題，已有不少學者做了研究，其中，1972年由Vukobratovic和Stepanenko在一篇關于仿人機器人控制的論文開頭提出的零力矩點(ZMP?zero-moment?point)，腳在接觸地面時有反作用力也會產生力矩。若存在一點其反作用力、慣性力的凈力矩和為零的點稱之為零力矩點(ZMP?Zero?Moment?Point)，如果ZMP落在腳掌的范圍里面，則機器人可以穩定的行走。零力矩點(ZMP?Zero?Moment?Point)在如今仿人機器人步態控制和規劃領域都得到了廣泛的應用。

在仿人機器人步行研究的零力矩點(ZMP?Zero?Moment?Point)方法中，桌子-小車模型是最常用的模型，該模型將仿人機器人運動簡化為水平桌面上小車運動，給出了由小車運動帶來的ZMP點變化的定量關系。桌子-小車模型只有一個參數，即小車與水平地面的距離Zc，一般將小車的位置視為仿人機器人質心的位置，因此在基于桌子-小車模型的仿人機器人步態規劃中，是將機器人的質心高度作為Zc，并通過控制機器人質心作出合適的運動軌跡，來取得期望的ZMP軌跡。但是在應用中觀察到，這種以質心來確定Zc和運動控制點的方法所得到的實際ZMP軌跡常與理論ZMP軌跡出入較大。

發明內容

本發明針對上述問題，提出了一種仿人機器人桌子-小車模型的Zc參數的獲取方法。解決通過質心來確定Zc和運動控制點的方法所得到的實際ZMP軌跡常與理論ZMP軌跡出入較大的問題。

本發明采取的技術方案如下：

一種仿人機器人桌子-小車模型的Zc參數的獲取方法，包括以下步驟：

1)在仿人機器人軀干中心線上任選一參照點，控制仿人機器人作原地踏步動作，使參照點左右擺動的軌跡為正弦波；

2)根據仿人機器人理論ZMP點與實際ZMP點在原地踏步動作中的軌跡，建立優化問題并求解得到Zc參數。

本發明中，Zc不再是仿人機器人的質心高度，根據仿人機器人理論ZMP點與實際ZMP點在原地踏步動作中的軌跡，建立優化問題并求解得到Zc參數能使桌子-小車模型更準確地量化仿人機器人運動與ZMP的關系。

作為優選，參照點與水平地面之間的距離為h，參照點左右擺動的軌跡x_H＝asinωt，其中：

a為參照點擺動的幅值；

ω為參照點擺動的圓頻率；

t為時間參數。

所述仿人機器人實際ZMP點的軌跡為其中，T為采樣周期，即每過一個周期T采集一個仿人機器人實際ZMP點，k為周期序列號，且k為大于等于0的整數。

作為優選，所述優化問題為：求解方程