[發(fā)明專利]一種雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)生成與控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010973792.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112051741B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃強(qiáng);韓連強(qiáng);陳學(xué)超;余張國(guó);朱西碩;石青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;B62D57/032
• 代理公司: 南京智造力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32382
• 代理人: 汪芬

1.一種雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)生成與控制方法，其特征在于，在單腳支撐期，通過(guò)建立全身動(dòng)力學(xué)反饋線性化控制器控制支撐腿的長(zhǎng)度和上身俯仰的姿態(tài)保持雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性；基于全身動(dòng)力學(xué)模型解耦擺動(dòng)腿與全身的動(dòng)力學(xué)耦合，通過(guò)建立擺動(dòng)腿預(yù)測(cè)控制模型控制在未來(lái)觀測(cè)規(guī)劃的位置，落腳點(diǎn)調(diào)節(jié)給出了未來(lái)腿末端一系列目標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)環(huán)境信息規(guī)劃擺動(dòng)腿末端軌跡、實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)腿的落腳點(diǎn)；由支撐腿的全身動(dòng)力學(xué)力矩控制量和擺動(dòng)腿的控制力矩一同作為雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制輸入；

建立全身動(dòng)力學(xué)反饋線性化控制器的方法為：

S1.1，建立雙足機(jī)器人全身動(dòng)力學(xué)的浮動(dòng)基動(dòng)力學(xué)模型，表示為：

其中，M、C、G分別表示動(dòng)力學(xué)的慣性矩陣、科氏力矩陣和重力向量，D為力矩篩選矩陣，分別表示右腿和左腿末端收到的外界力，J_r、J_l表示右腿和左腿末端在世界坐標(biāo)系中的雅可比矩陣；是q^s的二階微分值表示機(jī)器人的加速度；

S1.2，由雙足機(jī)器人在坐標(biāo)系的位置q^s和雙足機(jī)器人的速度組成狀態(tài)變量

S1.3，基于狀態(tài)變量x，將雙足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)寫(xiě)成非線性控制系統(tǒng)的形式：

其中：f(x)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移向量，g(x)為輸入轉(zhuǎn)移矩陣，u為驅(qū)動(dòng)力矩向量；

S1.4，為控制期望支撐腿的腿長(zhǎng)和期望上身姿態(tài)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)的輸出為y＝h(q^s)，h(q^s)是一個(gè)只與當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的函數(shù)；

S1.5，基于S1.3和S1.4，設(shè)計(jì)得到控制腿長(zhǎng)和上身姿態(tài)的全身動(dòng)力學(xué)控制量u_WBDC：

其中，是輸出函數(shù)y的一階微分量，參數(shù)ε是滿足1＞ε＞0的實(shí)數(shù)，需要在控制中適量選取，L_g、L_f分別為y沿著f(x)、g(x)的Lie導(dǎo)數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)生成與控制方法，其特征在于，S1.3中的f(x)和g(x)分別表示為：

其中，M、C、G分別表示動(dòng)力學(xué)的慣性矩陣、科氏力矩陣和重力向量，分別表示右腿和左腿末端收到的外界力，J_r、J_l表示右腿和左腿末端在世界坐標(biāo)系中的雅可比矩陣，0_n×m表示一個(gè)n行m列的零矩陣，D為力矩篩選矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)生成與控制方法，其特征在于，輸出函數(shù)y＝h(q^s)表示為其中，θ_tor 、 L_sup分別是當(dāng)前上身俯仰角度實(shí)際值、支撐腿長(zhǎng)度的實(shí)際值。