[發明專利]雙足仿人機器人及其非線性步態規劃方法以及控制方法

在審

• 申請號: 201710058545.1
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN108345211A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 阮仕濤;姜東曉
• 申請（專利權）人: 深圳市祈飛科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 李琴

1.一種雙足仿人機器人非線性步態規劃方法，其特征在于，方法包括：

S1、獲取用戶輸入的步態參數；

S2、基于用戶輸入的步態參數生成ZMP參考軌跡；

S3、采用整合了非線性因子的Preview Control算法，根據參考ZMP軌跡獲取質心軌跡；其中，所述非線性因子與沿重力加速度方向的運動參數相關。

2.根據權利要求1所述的雙足仿人機器人非線性步態規劃方法，其特征在于，步驟S3中所述的采用整合了非線性因子的Preview Control算法，根據參考ZMP軌跡獲取質心軌跡包括：在線性Preview Control算法的狀態遷移方程和輸出方程的組合中整合非線性因子，構建非線性的軌跡規劃數學模型，并根據未來的ZMP參考軌跡調整當前的質心軌跡，

所述狀態遷移方程為：X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)，

所述輸出方程為：x_zmp(k)＝C^**X(k)，

其中：

其中，參數A、B為由頻率Δt確定的固定參數；參數C^*為整合了非線性因子的變量，g表示重力加速度，z_com表示運動時質心沿重力加速度方向的位移，表示運動時質心沿重力加速度方向的加速度；X(k)為狀態遷移方程的輸出，x(k)、分別表示k時刻質心的位移、速度和加速度；u(k)代表最優輸入控制器，為狀態遷移方程的輸入，表示k時刻加速度的微分；x_zmp(k)為輸出方程的輸出，表示k時刻ZMP參考軌跡的一個點，狀態遷移方程的輸出X(k)是輸出方程的輸入，所述輸出方程建立了質心點和ZMP參考軌跡間的非線性關系；為ZMP實際軌跡與ZMP參考軌跡的誤差和，G_xX(k)為質心軌跡的反饋，為k時刻之后N_p個采樣時間內的參考ZMP軌跡；其中，G_i,G_x,G_p分別為增益參數，且通過將參數A、B和C^*作為輸入的離散黎卡提方程計算得到。

3.根據權利要求1所述的雙足仿人機器人非線性步態規劃方法，其特征在于，步驟S1中輸入的步態參數為：步長x、步寬y、每步所用時間t_f、靜止時質心高度z_height和步數Num。

4.根據權利要求3所述的雙足仿人機器人非線性步態規劃方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

S21、定義機器人初始站立位置的正前方為X軸正方向、右手側為Y軸正方向，兩腳之間中心點設為原點，在單腳支撐階段，與地面接觸的腳稱為支撐腳、另一只為擺動腳；

S22、基于用戶輸入的步態參數生成支撐腳在X-Y平面內的參考軌跡向量supportX、supportY，以及身體在X-Y平面內的參考軌跡向量torsoX、torsoY，其中，supportX表示沿x軸方向支撐腳軌跡，supportY表示沿Y軸方向支撐腳軌跡，torsoX表示沿X軸方向的身體軌跡，torsoY表示沿Y軸方向的身體軌跡；

其中，supportX=[0,x,2x,3x,…,Num·x]，當先以左腳為支撐腳，右腳為擺動腳時，supportY＝[-y,y,-y,y,…,(-1)^Num·y]，當先以右腳為支撐腳，左腳為擺動腳時，supportY=[y,-y,y,-y,…,(-1)^(Num-1)·y]；torsoX=[0,x/2,3x/2,5x/2,…,(2Num-1)·x/2]，torsoY＝[0,0,0,0,…0]；

S23、基于支撐腳和身體的參考軌跡向量獲取參考ZMP軌跡。