[发明专利]基于速度控制的双足机器人行走落脚点规划方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于速度控制的双足机器人行走落脚点规划方法及装置，该方法包括：S1：获取世界坐标系下目标点的目标点世界坐标以及双足机器人的起始朝向、目标朝向和规划步数；S2：将目标点世界坐标转换为在定义坐标系下的目标点定义坐标；S3：根据规划步数和目标点定义坐标计算双足机器人行走的目标速度，并通过测量获得双足机器人行走的实际速度，利用基于模糊RBF神经网络优化的PID控制器使双足机器人行走的实际速度贴合目标速度，使双足机器人到达目标点并完成起始朝向到目标朝向的转动。与现有技术相比，本发明具有高效、精准等优点。

技术领域

本发明涉及双足机器人技术领域，尤其是涉及一种基于速度控制的双足机器人行走落脚点规划方法及装置。

背景技术

双足行走机器人具有类人的行走运动结构，一种高度非线性混杂动力学系统，其可以在平整地面甚至是非规则环境中运动，其行走时依靠双足交替接触地面，能够通过选择支撑点，实现不同环境下的稳定行走，具有较高的机动性和环境适应性，其步态规划一直以来都是世界各国机器人领域学者的研究热点。

目前双足机器人的研究主要集中在步行运动方式控制、路径规划、任务分配及算法研究等方面，常基于简化模型，基于简化模型是从双足机器人步行的运动学和动力学角度出发，只考虑机器人主要特征并将其简化为基本的模型，例如倒立摆、二连杆和四连杆等模型，然后基于这些简化模型对双足机器人进行控制和规划。研究机器人路径规划的方法有很多，如模糊算法，利用传感器获取的障碍物和目标信息进行避障和路径规划，以有效减少机器人对环境信息的依赖性；基于贝赛尔曲线，通过设置控制点生成及改变轨迹形状；采用栅格法，通过对环境建模，利用蚁群等优化算法寻求机器人最优路径；采用可视图法或拓扑法，基于A*算法、D*算法或遗传算法，利用环境的全局信息进行全局路径规划；采用改进RRT方法进行可行路径规划。这些方法虽然考虑了环境中的障碍物信息，得到了理论上的可行路径，但上述的方法都具有以下两点不足：

一是将双足机器人视为质心，规划的可行路径没有考虑双足机器人实际行走的步态和方式，导致机器人只能以规划的路径作为行走方向的参考，机器人无法准确行走至期望目标点。

二是没有对双足机器人行走的速度进行控制，双足机器人可能行走过快或过慢，面向转角幅度过大或者过小，这些都会导致双足机器人无法高效和准确的到达期望目标点。

另外，虽然有些控制双足机器人行走的方法引入了落脚点规划方法，但该方法大多基于机器人运动模型，是利用落脚点变化进行机器人行走步长的补偿，以提高机器人行走的鲁棒性和稳定性，是倾向于一种面对不确定环境的应急步态补偿，其不关注对步态进行准确控制，因此该落脚点规划方法相对来说无法快速准确地进行双足机器人的行走控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供双足机器人行走落脚点规划方法及装置，从行走速度和落脚点角度，通过控制双足机器人各方向的行走速度来控制落脚点，实现双足机器人准确高效的定点行走。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于速度控制的双足机器人行走落脚点规划方法，包括：

S1：获取世界坐标系下目标点的目标点世界坐标以及双足机器人的起始朝向θ_start、目标朝向θ_end和规划步数，双足机器人的全向行走速度表示为speed＝(x，y，θ)，其中x，y和θ分别为双足机器人x方向速度、y方向速度以及转向速度，设置双足机器人的行走速度范围和转向速度范围，整个行走过程该行走速度范围和转向速度范围保持不变；

S2：将目标点世界坐标转换为在定义坐标系下的目标点定义坐标，所述的定义坐标系的原点位于游离脚落脚点和支撑脚落脚点之间；

进一步地，步骤S2具体为：

S201：将目标点世界坐标转换为双足机器人躯干坐标系下的目标点躯干坐标；