一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法技术

本发明专利技术涉及一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，基于轨迹规划与逆运动学相互协作技术，采用全新设计架构逻辑关系，基于所设计高精准度踢球动作，获得的精准足部运动轨迹的同时，利用逆运动学技术，获得仿人足球机器人踢球腿在进行踢球动作时，腿部关节的角度变化过程，并以此过程作为控制指令，实现针对仿人足球机器人踢球腿的控制，以实现高精准度的踢球动作，并同时获得更优的仿人足球机器人自身稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，属于仿人足球机器人

技术介绍
仿人机器人的踢球设计主要包括运动规划和机器人自身稳定性的研究，运动规划中的轨迹规划是为了找到从起点到目标点的可行且无碰撞的最优路径，实现高效踢球。由于三维空间中双足机器人对运动加速度的变化很敏感，运动状态的改变极易影响自身的平衡，引起机器人的倒地，大幅降低队伍的进攻效率；所以踢球过程中如何找出最优的踢球路径是一个难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于轨迹规划与逆运动学相互协作技术，精确获得足部运动轨迹，在实现高精准度踢球动作的同时，能够有效提高仿人足球机器人自身稳定性的基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，实现单个仿人足球机器人针对其视野范围内足球的踢球动作，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.获得以足球所在位置为圆心，偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置，并获得仿人足球机器人所在位置分别相对各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick，进而获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置，作为最佳踢球点位置，然后进入步骤B；步骤B.获得仿人足球机器人踢球腿上足部踝关节对应踢球动作过程中的至少三个三维空间位置，其中，所获各个足部踝关节三维空间位置至少包括仿人足球机器人双腿站立时踢球腿上足部踝关节三维空间位置、后抬腿至最高点时踢球腿上足部踝关节三维空间位置和踢球腿接触足球时踢球腿上足部踝关节三维空间位置，然后进入步骤C；步骤C.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点，基于贝塞尔曲线，利用样条插值法，获得仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，然后进入步骤D；步骤D.根据踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，获得臀部关节坐标系下足部位姿矩阵并进而获得臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵然后进入步骤E；步骤E.根据臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵获得膝关节偏移角θknee、踝关节偏转角θanklePitch、踝关节转动角θankleRoll、髋关节俯仰角θhipYaw、髋关节滚动角θhipRoll和髋关节偏转角θhipPitch，然后进入步骤F；步骤F.控制仿人足球机器人行走至最佳踢球点位置，并根据所获膝关节、踝关节、髋关节的各个角度，控制仿人足球机器人针对足球执行踢球动作。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤A具体包括如下步骤：步骤A01.获得以足球所在位置为圆心，偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置，并进入步骤A02；步骤A02.分别针对各个待测踢球点位置，首先获得仿人足球机器人所在位置与待测踢球点位置之间的连线，再获得仿人足球机器人朝向方向与该连线之间的夹角大小，接着根据该夹角大小与2π的比值，获得仿人足球机器人对应该待测踢球点位置的转身代价值，进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的转身代价值Cturn，然后进入步骤A03；步骤A03.分别针对各个待测踢球点位置，首先获得以仿人足球机器人所在位置为起点，待测踢球点位置为终点的向量，接着根据该向量的模，获得仿人足球机器人对应该待测踢球点位置的距离代价值，进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的距离代价值Cdist，然后进入步骤A04；步骤A04.根据预设距离代价值权重ωd和预设转身代价值权重ωt，分别针对各个待测踢球点位置，按如下公式(3)执行，CKick＝ωtCturn+ωdCdist(3)进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick，然后进入步骤A05；步骤A05.针对各个待测踢球点位置，获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置，作为最佳踢球点位置，然后进入步骤B。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤C具体包括如下步骤：步骤C01.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点，获得各个插值点分别对应于踢球动作过程中的各个时间点t1、…、tn，其中，n为插值点的个数，然后进入步骤C02；步骤C02.根据各个插值点分别所对应足部踝关节各个三维空间位置S(t1)、…、S(tn)，构建如下公式(5)：其中，Tj表示tj至tj+1之间的时长，tj∈{t1、…、tn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，实现单个仿人足球机器人针对其视野范围内足球的踢球动作，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.获得以足球所在位置为圆心，偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置，并获得仿人足球机器人所在位置分别相对各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick，进而获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置，作为最佳踢球点位置，然后进入步骤B；步骤B.获得仿人足球机器人踢球腿上足部踝关节对应踢球动作过程中的至少三个三维空间位置，其中，所获各个足部踝关节三维空间位置至少包括仿人足球机器人双腿站立时踢球腿上足部踝关节三维空间位置、后抬腿至最高点时踢球腿上足部踝关节三维空间位置和踢球腿接触足球时踢球腿上足部踝关节三维空间位置，然后进入步骤C；步骤C.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点，基于贝塞尔曲线，利用样条插值法，获得仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，然后进入步骤D；步骤D.根据踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，获得臀部关节坐标系下足部位姿矩阵并进而获得臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵然后进入步骤E；步骤E.根据臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵获得膝关节偏移角θknee、踝关节偏转角θanklePitch、踝关节转动角θankleRoll、髋关节俯仰角θhipYaw、髋关节滚动角θhipRoll和髋关节偏转角θhipPitch，然后进入步骤F；步骤F.控制仿人足球机器人行走至最佳踢球点位置，并根据所获膝关节、踝关节、髋关节的各个角度，控制仿人足球机器人针对足球执行踢球动作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，实现单个仿人足球机器人针对其视野范围内足球的踢球动作，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.获得以足球所在位置为圆心，偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置，并获得仿人足球机器人所在位置分别相对各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick，进而获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置，作为最佳踢球点位置，然后进入步骤B；步骤B.获得仿人足球机器人踢球腿上足部踝关节对应踢球动作过程中的至少三个三维空间位置，其中，所获各个足部踝关节三维空间位置至少包括仿人足球机器人双腿站立时踢球腿上足部踝关节三维空间位置、后抬腿至最高点时踢球腿上足部踝关节三维空间位置和踢球腿接触足球时踢球腿上足部踝关节三维空间位置，然后进入步骤C；步骤C.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点，基于贝塞尔曲线，利用样条插值法，获得仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，然后进入步骤D；步骤D.根据踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)，获得臀部关节坐标系下足部位姿矩阵并进而获得臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵然后进入步骤E；步骤E.根据臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵获得膝关节偏移角θknee、踝关节偏转角θanklePitch、踝关节转动角θankleRoll、髋关节俯仰角θhipYaw、髋关节滚动角θhipRoll和髋关节偏转角θhipPitch，然后进入步骤F；步骤F.控制仿人足球机器人行走至最佳踢球点位置，并根据所获膝关节、踝关节、髋关节的各个角度，控制仿人足球机器人针对足球执行踢球动作。2.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法，其特征在于，所述步骤A具体包括如下步骤：步骤A01.获得以足球所在位置为圆心，偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置，并进入步骤A02；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志伟，姜燕，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32