[發明專利]仿人機器人的解耦控制方法、裝置和仿人機器人

有效

• 申請號: 202110209690.1
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112975965B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 郭宜劼;趙明國;熊友軍
• 申請（專利權）人: 深圳市優必選科技股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

1.一種仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，包括：

將仿人機器人的任務分解得到運動學任務和動力學任務，并將所述仿人機器人對應部位的關節分為運動學任務關節或動力學任務關節；

根據所述運動學任務中末端的期望位置和期望速度通過逆運動學求解所述運動學任務關節的期望位置和期望速度以用于執行所述運動學任務；

基于所述運動學任務關節的期望位置和期望速度計算所述運動學任務關節的力矩；

基于計算的所述運動學任務關節的力矩求解預先構建的所述動力學任務關節所需力矩的優化模型，得到所述動力學任務關節所需的力矩以用于執行所述動力學任務；其中，所述優化模型依據所述動力學任務中末端的加速度與關節的加速度之間的映射關系進行構建，所述優化模型的約束條件包括基于所述運動學任務關節的力矩和所述動力學任務關節的力矩構建所述仿人機器人在任務分解后的動力學方程、以及所述仿人機器人的關節力矩與所有接觸點所受的外力之間的關系。

2.根據權利要求1所述的仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，所述基于所述運動學任務關節的期望位置和期望速度計算所述運動學任務關節的力矩，包括：

根據所述運動學任務關節在當前時刻的期望位置和期望速度、以及在當前時刻的實際位置和實際速度按照預設控制律計算所述運動學任務關節在當前時刻的力矩，所述力矩用于求解所述優化模型。

3.根據權利要求2所述的仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，還包括：

計算所述運動學任務關節在上一時刻的力矩偏差，并利用所述上一時刻的力矩偏差對所述當前時刻的力矩進行校準以得到校準后的力矩，所述校準后的力矩用于求解所述優化模型。

4.根據權利要求3所述的仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，所述計算所述運動學任務關節在上一時刻的力矩偏差，包括：

讀取所述運動學任務關節在上一時刻通過所述預設控制律計算的力矩；

利用上一時刻的所述運動學任務關節的實際加速度通過任務分解后的動力學方程反算所述運動學任務關節在上一時刻的實際力矩；

將所述運動學任務關節在上一時刻的所述實際力矩與計算的所述力矩作差，得到所述運動學任務關節在上一時刻的力矩偏差。

5.根據權利要求1所述的仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，所述動力學任務中末端的加速度與關節的加速度之間的映射關系為：

其中，表示所述動力學任務中末端的加速度；J^dyna表示所述動力學任務中控制末端的雅克比矩陣；表示所述雅克比矩陣J^dyna的求導；和分別表示所述仿人機器人所有關節的速度和加速度；

所述動力學任務關節所需力矩的優化模型為：

其中，τ^dyna表示所述動力學任務關節所需的力矩。

6.根據權利要求1所述的仿人機器人的解耦控制方法，其特征在于，所述任務分解后的動力學方程為：

其中，N_s＝I-J^T(JM^-1J^T)^-1JM^-1；

其中，M為慣量矩陣；h包括重力、科里奧利力和離心力；和分別為所述仿人機器人各個關節的速度和加速度；I表示單位矩陣；B^kine和B^dyna分別為所述運動學任務關節和所述動力學任務關節的力矩選擇矩陣；τ^kine和τ^dyna分別為所述運動學任務關節和所述動力學任務關節的力矩；J為所述仿人機器人的所有接觸點的雅可比矩陣；為所述雅可比矩陣J的導數；

所述仿人機器人的關節力矩與所有接觸點所受的外力之間的關系為：

其中，F_f為所有接觸點所受的外力。