[發明專利]機器人低運算要求的動態步態的實現方法

有效

• 申請號: 201910059381.3
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109709967B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張晨陽;夏陸政;方楚鴻
• 申請（專利權）人: 深圳市幻爾科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 深圳市深弘廣聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44449
• 代理人: 向用秀

本發明涉及機器人和創客教育領域，具體涉及一種低運算要求的動態步態的實現方法。該方法包括：根據機器人的腿部結構，建立單腿運動學模型，推導機器人單腿的逆運動學公式；設計步態：使用對應的步態，使機器人當行走時的質心慣性力和重力的合力的延長線穿過機器人的支撐面；將步態周期中每只足端的坐標代入逆運動學公式中，得出每個關節角，并映射到舵機值。直接使用舵機值就可完成整個步態周期，這樣就可以免去大量的運算，主控芯片的資源可以使用在其他更需要的方面，這在創客教育中是極其重要的。

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種機器人低運算要求的動態步態的實現方法。

背景技術

在創客教育領域中，各種學習平臺如小車和仿生機器人，由于用于學習，因此不能將平臺設計地太大，價格不能太過于昂貴，這意味著用于創客教育的機器人在動力和主控芯片的運算能力上與大型機器人有較大的差距。因此在市面上用于教育的小狗機器人、人型機器人，大多只能使用較為緩慢的靜態步態，在使用過程中特別不方便，這主要是是受限于價格和運算能力的結果。

為了解決教育足式機器人難以快速步行的問題，必須采用一種新的步態方法，應用在低運算能力主控芯片上，使得在盡可能減少運算需求的情況下，實現機器人的動態步態。

發明內容

針對目前技術中存在的不足之處，本發明提供一種機器人低運算要求的動態步態的實現方法，選取盡量少的點來確定機器人腿部的運動軌跡，根據對應的逆運動學公式，計算出各個時刻下的各個關節角度，然后根據具體使用方式得到舵機具體位置值，主控芯片只需發送舵機具體位置值指令給舵機，控制舵機在一定時間內轉動到特定角度，便可完成整個步態，而無須進行更多的運算。

為實現上述目的，本發明提供一種機器人低運算要求的動態步態的實現方法，包括以下步驟：

模型建立：根據不同的腿型結構，建立單腿運動學模型并且采用對應的逆運動學公式；

確定步態：根據機器人運動軌跡，選擇多個運動點來模擬機器人足端的一個運動周期；

運動角度的確定：將運動點代入逆運動學公式，計算出在各個時刻下的各個關節的運動角度；

步態實現：根據運動角度、舵機的安裝方式和角度范圍映射到舵機具體位置值，控制舵機完成整個步態。

作為優選，在模型建立步驟中，不同的機器人具有不同的腿型，機器人共有三種，包括雙足機器人、四足機器人和六足機器人，對應的腿型也為這三種；運用仿生學原理將三種腿型建立對應的單腿運動學模型，并且推導出逆運動學公式。

作為優選，所述雙足機器人的逆運動學公式為

其中D和f為

。

作為優選，所述四足機器人的逆運行學公式為：

其中d的計算公式為：

。

作為優選，所述六足機器人的逆運行學公式為：

其中d的計算公式為：

。

作為優選，在確定步態步驟中，多個點的選擇按照以下規則：根據機器人的運動軌跡，選定進行落足和抬足時運動的第一個點作為落足點和抬足點，在落足點和抬足點的連線上選擇中點，且在中點的正上方根據抬腿高度再選取一點，將這些點連接起來形成機器人足部的運動軌跡，構成機器人足端的一個運動周期。

作為優選，根據運動軌跡中各個點之間的距離，賦予相對應的時間，使得機器人在行走的過程中保持勻速運動。