[發(fā)明專利]基于浮動基飛輪倒立擺的仿人機器人建模方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911414272.5
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN113119102B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鞠笑竹;趙明國;熊友軍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

1.一種基于浮動基飛輪倒立擺的仿人機器人建模方法，其特征在于，包括：

基于第一正向運動學(xué)函數(shù)將仿人機器人的真實關(guān)節(jié)空間正向映射至浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間；

基于第二正向運動學(xué)函數(shù)將所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間正向映射至所述浮動基飛輪倒立擺的工作空間；

基于第二反向運動學(xué)函數(shù)將所述浮動基飛輪倒立擺的工作空間逆向映射至所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間；

基于第一反向運動學(xué)函數(shù)將所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間逆向映射至所述仿人機器人的真實關(guān)節(jié)空間；

其中，基于所述第一反向運動學(xué)函數(shù)的逆向映射的過程，包括：

將所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間中的向量在笛卡爾坐標系下進行xz平面和yz平面投影，分別得到橫滾方向和俯仰方向的平面分量；

基于分別構(gòu)建的橫滾方向的和俯仰方向的幾何約束函數(shù)將所述平面分量映射到所述真實關(guān)節(jié)空間下對應(yīng)的坐標點，以獲取所述仿人機器人的腰位姿坐標、左腿位姿坐標和右腿位姿坐標；

根據(jù)所述腰位姿坐標、所述左腿位姿坐標和所述右腿位姿坐標利用逆運動學(xué)求解方法求解所述仿人機器人的各關(guān)節(jié)角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間中的向量由第一旋轉(zhuǎn)自由度、第二旋轉(zhuǎn)自由度、直線自由度和浮動基構(gòu)成；基于所述第一正向運動學(xué)函數(shù)的正向映射的過程，包括：

根據(jù)所述仿人機器人的關(guān)節(jié)位置計算所述仿人機器人從腰到腳踝的長度，將所述直線自由度映射為所述從腰到腳踝的長度；

根據(jù)所述仿人機器人的關(guān)節(jié)姿態(tài)計算所述仿人機器人的腳踝姿態(tài)和腳底姿態(tài)，將所述第一旋轉(zhuǎn)自由度映射為所述腳踝姿態(tài)，并將所述浮動基映射為所述腳底姿態(tài)；

將所述腳踝姿態(tài)與所述腳底姿態(tài)相加，并將所述第二旋轉(zhuǎn)自由度映射為所述相加的結(jié)果與腰姿態(tài)之間的差值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述仿人機器人的關(guān)節(jié)位姿的各關(guān)節(jié)的位置及姿態(tài)的獲取，包括：

通過慣性測量單元測量以獲取所述仿人機器人的腰姿態(tài)，并將所述仿人機器人的腰作為運動鏈原點；基于運動鏈規(guī)則根據(jù)所述腰姿態(tài)和對應(yīng)的關(guān)節(jié)角度計算所述仿人機器人對應(yīng)關(guān)節(jié)的位置及姿態(tài)；

所述運動鏈規(guī)則的計算公式為：其中，R_k代表所述仿人機器人第k種關(guān)節(jié)姿態(tài)；IMU表示所述慣性測量單元測量的角度；RPY()為歐拉角到旋轉(zhuǎn)矩陣的轉(zhuǎn)換公式；Rot(q_i)表示對第i個關(guān)節(jié)角度q_i進行旋轉(zhuǎn)變換。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮動基飛輪倒立擺的關(guān)節(jié)空間中的向量表示為(θ₁，θ₂，θ₃，γ)，其中，θ₁，θ₂，θ₃和γ依次表示第一旋轉(zhuǎn)自由度、直線自由度、第二旋轉(zhuǎn)自由度和浮動基；所述真實關(guān)節(jié)空間中的三維姿態(tài)向量由歐拉角構(gòu)成，表示為(χ，ψ，ω)；當(dāng)所述仿人機器人雙腳落地時，所述橫滾方向的幾何約束函數(shù)為：

其中，Δl_z,L+Δl_z,R等于所述真實關(guān)節(jié)空間中該仿人機器人的左腿和右腿在z方向的高度差；θ_1,roll、θ_2,roll和θ_3,roll分別為θ₁、θ₂和θ₃在橫滾方向的平面分量；χ_W、χ_L和χ_R分別為該仿人機器人的腰、左腿和右腿在x方向的角度；z_L和z_R分別為該仿人機器人的左腿和右腿在z方向的高度。