[发明专利]仿人机器人拟人站立抗扰动控制方法

说明书

本发明提供了一种仿人机器人拟人站立抗扰动控制方法，基于二次规划的全身运动控制方法优化关节角度和接触力，不对足部压力中心施加位置约束，在受扰时，有效协同仿人机器人全身各关节，实现拟人踮脚运动；本发明还设计了踮脚触发条件和迈步触发条件，通过判断是否满足触发条件，仿人机器人根据外界扰动的大小采取相应的拟人抗扰动策略；将踮脚与迈步有效结合，提高机器人站立抗扰能力。

技术领域

本发明属于仿人机器人技术领域，具体涉及一种仿人机器人拟人站立抗扰动控制方法。

背景技术

仿人机器人在实际环境中受到外界扰动后仍能维持稳定，是其能在人类生产生活环境中得以应用的重要技术条件。仿人机器人站立抗扰动能力是衡量机器人在实际环境中抗扰能力的一项重要指标，且仿人机器人站立抗扰动控制方法能为仿人机器人运动抗扰动控制方法提供指导思路。因此，仿人机器人站立抗扰动方法的研究具备重要的研究意义。

人体站立受扰时，会通过踮脚帮助人体恢复稳定，若扰动进一步增大，无法通过踮脚来恢复稳定时，会向前迈步以维持定。目前，仿人机器人站立抗扰动控制方法常将调节后的零力矩点或足部压力中心限制在机器人的足部支撑区域范围之内，从而使机器人足部能与地面贴合，避免足部翻转，但是这会使机器人无法产生有助于恢复稳定的拟人踮脚运动，使机器人能承受的外界扰动幅度降低。此外，存在少许仿人机器人抗扰动控制方法未限制调节后的零力矩点位置，该方法通过加速质心并快速转动躯干来产生踮脚，但是同时必须调节落脚点位置。因此，与人体抗扰动策略不同，无法根据外界扰动大小选择不同的抗干扰策略，且该方法使用机器人简化模型产生运动，无法有效协调全身各个关节进行踮脚运动，限制踮脚可应对的外界扰动幅度。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种仿人机器人拟人站立抗扰动控制方法，将踮脚与迈步有效结合，提高机器人站立抗扰能力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种仿人机器人拟人站立抗扰动控制方法，具体为：

S1，若仿人机器人上一周期未使用迈步，转至S2，若使用迈步，转至S7；

S2，通过未使用迈步的基于二次规划的全身运动控制方法优化关节角度和接触力，得到期望的足部接触力和各关节角度；

S3，若仿人机器人上一周期若未使用踮脚，转至S4，若使用踮脚，转至S5；

S4，判断踮脚触发条件是否为真，若为假，无需踮脚即可恢复稳定，并转至S9，若为真，需要踮脚才可恢复稳定，转至S5；

S5，判断迈步触发条件是否为真，若为假，无需迈步即可恢复稳定，并转至S9，若为真，

需要迈步才可恢复稳定，转至S6；

S6，确定的支撑腿和摆动腿，转至S7；

S7，计算摆动腿落脚点位置，并确定摆动腿踝关节期望位置，转至S8；

S8，通过使用迈步的基于二次规划的全身运动控制方法优化关节角度，得到期望各关节角度，转至S9；

S9，向仿人机器人发送优化得到的期望关节角度。

进一步地，所述基于二次规划的全身运动控制方法，具体为：

选取接触力、六维浮动基加速度及各关节加速度作为优化变量y，选取需要使用的约束条件，并引入松弛因子v、w，构建如下二次规划问题：

s.t.V(Ay+a)≤v

W(By+b)＝w

其中：A、a、B、b为系数矩阵，V、W分别为约束条件的权重矩阵；