[發明專利]基于個體特征的機器人步態規劃方法

有效

• 申請號: 201811214026.0
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109397288B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 于大程;劉遙峰;郝鵬;楊政;王勝新;李冶;張佳琳;王杰
• 申請（專利權）人: 航天科工智能機器人有限責任公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 韓德凱;孟奎

本公開提供一種基于個體特征的機器人步態規劃方法，包括以下步驟：將普通人行走時的標準極限步長和各關節的標準偏擺極限位置作為已知參數，將個體的各關節極限活動范圍作為關節安全裕度；根據已知參數和關節安全裕度，獲取個體的步態修正參數；基于個體的步態修正參數獲得機器人的步態參數；以及建立機器人的數學模型，基于數學模型，將機器人的步態參數作為輸入參數，求解機器人的步態軌跡。

技術領域

本公開涉及一種基于個體特征的機器人步態規劃方法。

背景技術

輔助行走機器人，可以在人行走的過程中起到輔助作用，并檢測和記錄不同個體行走時的各項運動參數以便及時調整步態。這類機器人在研發過程中，良好的步態規劃是保證輔助效果和安全的基石。在步態規劃的過程中，不僅要考慮機器人運動的安全程度，更應與人體運動相結合。不同個體有不同的關節活動范圍和不同的極限步速、步長，進一步導致了機器人需要在不同的自由度運動極限值和步長下規劃步態。

現有技術中關于機器人的步態規劃方法，主要是通過結合人體下肢運動的特點，建立下肢關節的數學模型和人體結構參數，找出不同個體的特征點，最終得到機器人關節運動曲線。但是這種方法得到的一般是通用的步態數據，無法針對特定個體進行參數優化，并生成個體特有的步態軌跡，故只適用于得到一般個體適用的機器人步態軌跡，應用范圍較窄。另一方面，這種方法涉及的參數多，求解過程復雜，且建立在大量的實驗基礎上，算法計算慢，實施成本高。

發明內容

為了解決至少一個上述技術問題，本公開提供一種基于個體特征的機器人步態規劃方法。

根據本公開的一個方面，基于個體特征的機器人步態規劃方法包括以下步驟：

將普通人行走時的標準極限步長和各關節的標準偏擺極限位置作為已知參數，將個體的各關節極限活動范圍作為關節安全裕度；

根據已知參數和關節安全裕度，獲取個體的步態修正參數；

基于個體的步態修正參數獲得機器人的步態參數；以及

建立機器人的數學模型，基于數學模型，將機器人的步態參數作為輸入參數，求解機器人的步態軌跡。

根據本公開的至少一個實施方式，建立機器人的數學模型的步驟，包括：

將機器人的上身簡化為一個集成質量塊；

假設機器人的每條腿具有N個關節，q_n∈R^6×1表示關節的角度，將機器人的上身坐標系∑R設置在機器人的腰部中心，其中N≥2，n表示第n個關節，n≤N。

根據本公開的至少一個實施方式，關節安全裕度包括：個體的各關節的最大偏擺位置和最小偏擺位置。

根據本公開的至少一個實施方式，個體的步態修正參數包括個體極限步長，個體極限步長的計算公式如下：

k₁＝f(Joint1_max,Joint2_max,...,Jointn_max)

k₂＝f(Joint1_max,Joint2_max,...,Jointn_min)

…

k_2n＝f(Joint1_min,Joint2_min,...,Jointn_min)

其中，n≥2，k表示個體極限步長，f表示個體極限步長的計算公式的算法函數代號，Jointn_max表示個體的第n個關節的最大偏擺位置，Jointn_min表示個體的第n個關節的最小偏擺位置。