[發明專利]仿人足球機器人的運動規劃

在審

• 申請號: 201810084726.6
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108563220A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 沈夢嬌;梁志偉;霍韋良
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05D1/12;G05B13/04
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明所述仿人足球機器人的運動規劃，包括目標識別模塊、目標定位模塊和全向行走方法，目標識別模塊具體步驟包括讀取模板圖片像素信息、模板特征點讀取、實時圖像匹配和識別物體；目標定位模塊具體步驟包括粒子集初始化、預測更新、感知更新、可定位性估計、預測協方差估計、動態修正和擴展重采樣；全向行走方法具體為一種基于CMAC閉環控制的步態規劃方法。本發明中，目標識別模塊通過對機器人所采集的圖像進行分析與處理，提取出有效目標，采用可定位性矩陣以及預測模型協方差矩陣，提高動態環境下的定位精度及魯棒性。本發明介紹了一種以機器人精準定位為前提，基于CMAC閉環控制的步態規劃方法，該方法可以實現帶預測控制的全向行走方式。

技術領域

本發明屬于機器人控制領域，具體涉及仿人足球機器人的運動規劃。

背景技術

機器人足球比賽的研究重點是機器人的機器視覺，全局定位和導航，多機器人協作，雙足步態和穩定性研究以及行為和策略等等，在機器人足球比賽中所有參賽隊伍采用標準機器人參賽，國際和國內比賽中采用的技術挑戰賽，包括自由項目、傳球、避障射門等項目，比賽時操作員根據主裁判的決定通過無線網絡向機器人發出對應的指令，使機器人進行狀態切換，完成相應的比賽。

開展機器人足球世界杯結合當前流行的體育運動來推動機器人技術、人工智能和相關技術的共同發展，如果能夠實現機器人帶球、傳球和踢球等動作，必然會實現相關領域技術的突破。

仿人機器人隊伍要進行一場流暢地足球賽，需要一些基本的底層動作的支持，包括行走、踢球、起身等。其中，穩定地動態行走是最基礎的，同時也是影響比賽的關鍵因素。比賽時外界環境隨著賽程的推進而實時變化，這對機器人的行走提出更高要求，機器人需能隨時改變自身的朝向、靈活地轉身和快速地前進。

發明內容

本發明的目的在于解決上述研究中存在的問題，提供仿人足球機器人的運動規劃，達到精準定位的效果，并且以此為基礎實現帶預測控制的全向行走。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：仿人足球機器人的運動規劃，包括目標識別模塊、目標定位模塊和全向行走方法，其特征在于：

所述目標識別模塊，具體步驟包括讀取模板圖片像素信息、模板特征點讀取、實時圖像匹配和識別物體；

所述目標定位模塊，具體步驟包括粒子集初始化、預測更新、感知更新、可定位性估計、預測協方差估計、動態修正和擴展重采樣；

其中，可定位性估計是基于參數估計理論中的Fisher信息矩陣和CRB定理；

所述全向行走方法，具體為一種基于CMAC閉環控制的步態規劃方法，其具體為，

步驟1，足部規劃器在分析外界不同干擾因素的環境下得出可行的足部落腳點并計算出其ZMP值；

步驟2，利用帶預測控制的雙線性倒立擺模型（D-LIP）由ZMP的值推出機器人軀干的運動軌跡；

步驟3，由足部落腳點使用三次樣條插值法，規劃出每兩個落腳點之間在三維空間中的運行軌跡；

步驟4，利用機器人軀干和足部的位姿結合逆運動學計算出各個關節的角度；

步驟5，由NAO機器人的陀螺儀傳感器值可獲得其軀干位姿，并與倒立擺形成反饋控制，從而使整個系統變為閉環控制。

進一步地，所述仿人足球機器人的運動規劃應用于NAO機器人，配合NAO機器人自身硬件實現目標功能。

進一步地，所述目標識別模塊中檢測特征點時主要使用的算法為高斯濾波、Canny邊緣檢測和harris角點檢測。

進一步地，所述可定位性估計基于Fisher信息矩陣和CRB定理，是將移動機器人位姿作為待估參數，通過計算概率柵格地圖下的觀測模型，得到位姿的Fisher信息矩陣中的各個參數，從而得到機器人的可定位。