[發明專利]一種基于視覺和移動的仿人機器人投射及穩定控制方法

有效

• 申請號: 201510586735.1
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN105128011B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 黃強;孟立波;余張國;陳學超;張偉民;張思;劉華欣
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于視覺和移動的仿人機器人拋投物體及穩定性控制方法，屬于機器人控制技術領域。

背景技術

仿人機器人由于其特有的雙足移動方式，相比輪式和履帶式等其他形式的機器人，在復雜環境中具有更強的移動能力。仿人機器人的這一優點，使其在危險環境，救援救災等特殊環境下具有強大的優勢。在危險環境，救援救災的環境下，清理障礙物是一個重要的任務，仿人機器人可以通過雙手，以拋投的方式快速清理障礙物。另一方面，仿人機器人由于其雙足在地面上的支撐面積較小，且重心較高，使得仿人機器人的穩定性大大降低。特別是在拋投重量較大的物體時，容易造成仿人機器人的摔倒或者傾覆的發生。因此，提升仿人機器人拋投物體的能力是一個亟待解決的問題。

申請號為201210143001.2的中國發明專利提出了一種仿人機器人手臂作業動態穩定控制的方法，提出了通過手臂的運動來使仿人機器人保持平衡的算法，然而沒有考慮機器人通過雙足運動保持平衡的情況。

非專利文獻《Playingcatchandjugglingwithahumanoidrobot》描述了一個可以與人進行拋球互動的仿人機器人，具有通過視覺識別，實現抓取，接，拋小球的功能。但該機器人無法移動，固定在地面上。并且拋射的小球質量很輕，對機器人的穩定性不造成影響，不需要考慮機器人的穩定性問題。

非專利文獻《PlanningComplexPhysicalTasksforDisasterResponsewithaHumanoidRobot》提出了一種用于仿人機器人的復雜任務的規劃方法，可以通過視覺對目標物體進行識別，并根據作業任務和環境信息，通過運動規劃，實現對目標物體的抓取的功能。該論文并沒有考慮目標物體的重量對機器人穩定性造成的影響。

非專利文獻《Ahumanoidrobotcapableofcarryingheavyobjects》提出了一個具有抓取大重量負載的仿人機器人，該仿人機器人不具備視覺功能，無法自主完成抓取任務。

現有仿人機器人穩定控制和作業規劃大多只考慮自身穩定控制，沒有涉及由于作業目標物體的相互作用，而產生的穩定性問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于仿人機器人的拋投目標物體的方法，根據仿人機器人自身具有視覺、移動以及操作能力，在實現拋投物體的作業任務的同時，保持仿人機器人的穩定性。

本發明通過如下的技術方案實現。

一種仿人機器人拋投物體及穩定性控制方法，所述仿人機器人具有雙目視覺識別系統，所述方法包括以下步驟：

步驟1，作業任務輸入，即制定仿人機器人需要拋投目標物體，以及需要將目標物體拋投的目標位置；

步驟2，所述仿人機器人根據雙目視覺識別系統，對目標物體進行識別，并規劃路徑，將目標物體拾起；

步驟3，根據基于碰撞模型的仿人機器人拋投方法，實現將目標物體拋投至目標位置的作業任務，并在拋投過程中保持仿人機器人自身的穩定性。

優選地，所述步驟2中仿人機器人將目標物體拾起的過程如下：

根據作業目標，仿人機器人根據視覺識別系統識別自身的位置以及目標物體的位置，并通過雙腳移動至目標物體處，并將目標物體拾起；

所述步驟2中仿人機器人識別目標物體的過程如下：

所述仿人機器人在豎直充分穩定的情況下，對環境進行掃描，建立一個基準，包括N個基準點組成的一個數據庫；

所述仿人機器人在運動的過程中，實時采集環境圖像，并與基準點進行實時校對，估算仿人機器人當前的狀態，并與腳底的六維力傳感器的信息進行校對；

所述仿人機器人根據目標物體的圖像特征，確定目標物體的位置，并根據自身的位置信息，規劃運動路徑以及對目標物體抓取的動作。

優選地，所述步驟3中在拋投過程中保持仿人機器人自身的穩定性進一步包括以下步驟：

根據仿人機器人所在位置以及目標位置計算目標物體在空中的飛行軌跡S(t)；

根據目標物體的飛行軌跡，計算目標物體所需的加速度a，從而計算出目標物體所需要的推力ma；

根據目標物體所需要的推力，計算出仿人機器人施加在目標物體上的推力F＝m(a-g)，進而計算出機器人由于拋投目標物體所收到的沖擊力，并將沖擊力轉換為作用在仿人機器人重心位置的力F，以及力矩M；

根據仿人機器人的碰撞模型，規劃仿人機器人各個關節的運動，調整仿人機器人的全身姿態，使仿人機器人保持穩定。

優選地，所述仿人機器人的動力學公式：