[发明专利]一种仿人机器人动态跨越连续障碍物的运动规划方法

说明书

本发明公开了一种仿人机器人动态跨越连续障碍物的运动规划方法。包括如下步骤：步骤1，仿人机器人连续跨越障碍物的运动规划约束；步骤2，仿人机器人连续跨越障碍物的运动规划算法；所述步骤1包括几何和双腿运动约束、平衡约束以及减少地面碰撞的约束；所述步骤2包括通用的可行性分析单元、腿部轨迹生成器、双足适配器和上身运动生成器。本发明通过仿人机器人动态连续跨越障碍物的运动规划方法，得到仿人机器人的腿部、腰部和上身的运动轨迹，并通过基于带质心轨迹补偿的仿人机器人上身运动的腿部轨迹规划方法，以实现仿人机器人动态连续跨越障碍物，并获得稳定实用的跨越步态。

技术领域

本发明涉及机器人运动学领域，特别是一种仿人机器人动态跨越连续障碍物的运动规划方法。

背景技术

全尺寸双足仿人机器人对各种环境具有良好的适应性，有望为人类的日常生活和工作提供帮助。腿式机器人在有障碍物和不连续高度变化的地形上更适合移动。对于双足机器人来说，行走或者奔跑时的动态平衡是一个挑战，因为它是不稳定的。在过去的几十年里，各种各样的仿人机器人被开发出来。许多学者对仿人机器人的动力学分析、行走模式、步态生成和系统仿真等理论进行了一系列的研究。虽然仿人机器人的研究已经取得了很大的进展，但由于其在复杂环境下的运动性能限制，其离实际应用还很遥远。在相当多的极端情况下，仿人机器人需要在废墟中执行救援任务。遇到无法避免的障碍，它们必须能够越过障碍，然后到达目的地。机器人在面对不同大小的障碍物时，可以选择两种策略来实现障碍物的处理。一种是使用步进开关法，另一种是采用跨步法。众所周知，仿人机器人可以平稳地跨过小障碍物。对于跨越大型障碍物，以往的研究只有单一的障碍，至于跨越连续的大型障碍物缺乏一定的研究，为了更好的替代或协助人类完成指定的任务，仿人机器人需要具有跨越连续障碍物的能力。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可以得到仿人机器人的腿部、腰部和上身的运动轨迹，并通过基于带质心轨迹补偿的仿人机器人上身运动的腿部轨迹规划方法，以实现仿人机器人动态连续跨越障碍物，并获得稳定实用的跨越步态的仿人机器人动态跨越连续障碍物的运动规划方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种仿人机器人动态跨越连续障碍物的运动规划方法，包括如下步骤：步骤1，仿人机器人连续跨越障碍物的运动规划约束；步骤2，仿人机器人连续跨越障碍物的运动规划算法；所述步骤1包括几何和双腿运动约束、平衡约束以及减少地面碰撞的约束；所述步骤2包括通用的可行性分析单元、腿部轨迹生成器、双足适配器和上身运动生成器。

进一步地，所述步骤1具体包括如下：

SS00几何和双腿运动约束，具体包括：关节约束、关节空间和笛卡尔空间的连续性、关节处执行器扭矩的约束、仿人机器人在移动过程中髋部高度的约束、仿人机器人在其移动过程中最小髋部高度下的最大步长的约束和仿人机器人在双足支撑阶段的无碰撞约束；

SS01平衡约束，为了获得仿人机器人稳定的运动轨迹，需要选择合适的机器人模型。在这里，选择直线倒立摆模型作为仿人机器人模型，零力矩点作为跨步的稳定性指标；

SS02减少地面碰撞的约束，为了跨过连续的障碍物，仿人机器人需要产生很大的步长，其摆动腿的运动高度较高。因此，在单腿支撑阶段的开始和结束时，仿人机器人的摆动腿应具有零速度。仿人机器人在着陆前以较低的平均速度形成足部的轨迹，以降低着陆足的反弹，同时，也减少对足部传感器的冲击。

进一步地，所述步骤2具体包括如下：

SS00通用的可行性分析单元，具体包括：决定仿人机器人初始中间立足点、输入跨越步态的条件约束、根据连续障碍物的大小和连续障碍物之间的间距的不同，仿人机器人自主分析通过连续障碍物的可行性跨越步态以及仿人机器人跨越步态参数规划的参数化。