[發明專利]基于線性預測位置和速度控制器的全向輪式類人機器人

有效

• 申請號: 201580020099.4
• 申請日: 2015-04-17
• 公開（公告）號: CN106794576B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: J·拉費;D·古艾列;P-B·維貝爾
• 申請（專利權）人: 軟銀機器人歐洲公司;法國國家信息與自動化研究所
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/16;G05D1/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

1.一種類人機器人(100)，所述類人機器人(100)具有連接到全向移動式地面基座(140)的身體(190)，并且所述類人機器人(100)配備有：

-身體位置傳感器和基座位置傳感器，所述身體位置傳感器和所述基座位置傳感器用于提供測量，

-致動器(212)，所述致動器(212)包括關節電機以及位于所述全向移動式基座中的至少3個輪子(141)，其中，具有至少1個全向輪，

-提取器(211)，所述提取器(211)用于將測量結果轉換為觀察數據，

-控制器，所述控制器用于使用機器人模型和預定的位置和速度參考根據所述觀察數據來計算位置、速度和加速度命令，

-單元，所述單元用于將所述命令轉換為用于所述致動器的指令，

所述類人機器人(100)的特征在于：所述機器人模型是雙質點模型，其中，第一質點(b)表示移動基座的質心(CoM)，并且第二質點(c)表示上身的質心，所述第一質點(b)和所述第二質點(c)具有固定的高度，并且所述命令基于具有根據采樣時間周期和多個預測樣本的離散時間的線性模型預測性控制律，并且所述線性模型預測性控制律被表示為具有如下各項的二次優化公式：

-具有預定義的權重的以下各項的加權總和：

-基座位置目標(O₂)，

-基座速度目標(O₁)，

-與CoP和所述第一質點(b)之間的距離有關的目標(O₃)，CoP是所述機器人與地面之間的接觸力的重心，

以及

-預定義的線性約束集合，所述預定義的線性約束是：

-所述移動基座的最大速度和加速度(R₂)，

-CoP限制(R₁)。

2.根據權利要求1所述的類人機器人，特征在于，加速度變化率最小化目標(O₄)被添加至目標的加權總和。

3.根據前述權利要求中任意一項所述的類人機器人，特征在于，所述預定義的線性約束集合包括所述身體的運動限制。

4.一種用于控制類人機器人的方法，所述類人機器人具有連接到全向移動式地面基座(140)的身體(190)以及致動器(212)，所述致動器(212)包括位于所述全向移動式基座中的至少3個輪子(141)，其中，具有至少1個全向輪，所述方法包括根據閉環方案實施的以下步驟：

-檢索所述身體的位置測量結果和所述基座的位置測量結果，

-將這些位置測量結果轉換為觀察位置測量結果，

-使用機器人模型并且使用控制律來計算身體速度和基座速度命令，所述機器人模型是雙質點模型，其中，第一質點(b)表示移動基座的質心(CoM)，并且第二質點(c)表示上身的質心，所述第一質點(b)和所述第二質點(c)具有固定的高度，所述命令基于具有根據采樣時間周期和多個預測樣本的離散時間的線性模型預測性控制律，并且所述線性模型預測性控制律被表示為具有如下各項的二次優化公式：

具有預定義的權重的以下各項的加權總和：

-基座位置目標(O2)，

-基座速度目標(O1)，

-與CoP和所述第一質點(b)之間的距離有關的目標(O3)，CoP是所述機器人與地面之間的接觸力的重心，

以及

線性約束集合，所述線性約束集合是：

-所述移動基座的最大速度和加速度(R₂)，

-CoP限制(R₁)，

-將這些命令轉換為用于所述機器人致動器的指令。

5.根據前述權利要求所述的方法，特征在于，所述預定義的線性約束集合包括所述身體的運動限制。

6.根據權利要求4至5中任意一項所述的方法，特征在于，加速度變化率最小化目標(O₄)被添加至目標的加權總和。

7.一種計算機程序，包括當在計算機上運行時適合于執行權利要求4至6中任意一項所述的方法的計算機代碼。