[發明專利]一種基于CPG模型的仿人機器人步態規劃方法有效
| 申請號： | 201710487162.6 | 申請日： | 2017-06-23 |
| 公開（公告）號： | CN107315346B | 公開（公告）日： | 2020-01-14 |
| 發明（設計）人： | 李迅;汪利慶;李寧;劉仁軍 | 申請（專利權）人： | 武漢工程大學 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 33228 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙) | 代理人： | 潘李亮 |
| 地址： | 430000 湖北省武*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 cpg 模型 人機 步態 規劃 方法 | ||
本發明涉及仿人機器人技術領域，尤其涉及一種基于CPG模型的仿人機器人步態規劃方法。它包括以下步驟：(1)、根據機器人具體的硬件參數，建立相應的耦合振蕩器模型：(2)、改進模型，增加質心偏移控制項，得到改進后的振蕩器模型：(3)、以速度為輸入條件，利用遺傳算法優化，得到步驟(2)中的參數的最優值，然后再將得到的參數最優值代入步驟(2)中的模型。采用這種規劃方法，當機器人急加速或者快速移動時不容易出現前后震蕩而導致摔倒。
技術領域
本發明涉及仿人機器人技術領域，尤其涉及一種基于CPG模型的仿人機器人步態規劃方法。
背景技術
仿生學的中心模式發生器(Central Pattern Generator，CPG)是由神經元構成的局部震蕩網絡，能夠通過神經元之間的相互抑制產生穩定的相位鎖定，并通過自激振蕩產生軀體相關部位的節律運動，受其啟發，一些研究人員提出基于仿生學的步態方法。然而CPG 模型中有大量參數的沒有明確的物理意義，難以確定取值，導致CPG模型難以直接應用于機器人步態規劃中，為此,Endo等簡化了CPG模型，利用參數較少的振蕩器來規劃仿人機器人的步態；Ha等提出線性耦合振蕩器(Linear Coupled Oscillator)模型，并將其應用于能夠承受計算代價有限的小型仿人機器人中。
但是現有技術這種將線性耦合振蕩器模型應用到仿人機器人步態規劃時，當機器人急加速或者快速移動時還是容易出現前后震蕩而導致摔倒。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于CPG模型的仿人機器人步態規劃方法，采用這種規劃方法，當機器人急加速或者快速移動時不容易出現前后震蕩而導致摔倒。
本發明所采用的技術方案是：一種基于CPG模型的仿人機器人步態規劃方法，它包括以下步驟：
(1)、根據機器人具體的硬件參數，建立相應的耦合振蕩器模型：
OSCs(t)＝OSCb(t)+OSCm(t)；
式中，OSCm(t)表示雙腿末端相對于固定質心的運動軌跡，即運動振蕩器的輸出；OSCb(t) 表示質心相對于參考坐標系的運動軌跡，即平衡振蕩器的輸出；OSCs(t)為雙腿末端相對于實際質心的運動軌跡，即耦合振蕩器的輸出；
(2)、改進模型，增加質心偏移控制項，得到改進后的振蕩器模型：
OSCs(t)＝OSCb(t)+OSCm(t)+offect；
式中，offect表示機器人初始位置對應耦合振蕩器的增益；
(3)、以速度為輸入條件，利用遺傳算法優化，得到步驟(2)中的參數的最優值，然后再將得到的參數最優值代入步驟(2)中的模型。
步驟(1)中的OSCb(t)的具體公式為：
OSCb(t)＝ρbsin(ωbt+△b)+ub；
式中，ρb為平衡振蕩器的振幅，ωb為平衡振蕩器的頻率，△b為平衡振蕩器的初相位，ub是平衡振蕩器的偏移量；
步驟(1)中OSCm(t)的具體公式為：
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