仿人机器人步态规划方法、装置和仿人机器人制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种仿人机器人步态规划方法、装置和仿人机器人，该方法包括：获取仿人机器人当前处于单足支撑期的摆动腿的受力信息；根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地，并在判断出落地时，获取所述仿人机器人进入双足支撑期后的双足受力信息及腰部位姿；根据所述腰部位姿和所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制原支撑腿，及根据摆动腿期望轨迹控制原摆动腿；根据所述双足受力信息及双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件，并在达到时切换所述原支撑腿和所述原摆动腿的轨迹跟踪任务。本申请的技术方案可以使仿人机器人在快速行走过程中实现支撑腿和摆动腿的平滑的交替切换，并保证仿人机器人的姿态和速度的动态稳定性等。

【技术实现步骤摘要】
仿人机器人步态规划方法、装置和仿人机器人
本申请涉及仿人机器人
，尤其涉及一种仿人机器人步态规划方法、装置和仿人机器人。
技术介绍
在仿人机器人的快速行走情形中，双足支撑期持续时间较短，如何在这较短的时间内完成支撑腿和摆动腿的切换，并且保证机器人姿态和速度的动态稳定是制约仿人机器人发展的关键问题。传统的方法一般规定双足支撑期时长，在指定的时间内预先规划出双足相对腰部坐标系的期望运动轨迹，通过跟踪期望轨迹，从而实现支撑腿和摆动腿的切换。然而，上述的传统方法却存在以下缺点：一是控制方法没有考虑双足的受力情况，容易造成机器人的状态突变，严重时还可能发生失稳；二是受限于关节执行器的能力，当规定的双足支撑期持续时间较短时，无法保证轨迹跟踪精度，使得切换条件不能按时达成，从而限制了仿人机器人的行走速度；三是该方法不适用于直接应用到具有一定坡度或者起伏的不平路面的行走场景等。
技术实现思路
有鉴于此，本申请目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种仿人机器人步态规划方法、装置和仿人机器人。本申请的一实施例提供一种仿人机器人步态规划方法，包括：获取仿人机器人当前处于单足支撑期的摆动腿的受力信息；根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地，并在判断出落地时，获取所述仿人机器人进入双足支撑期后的双足受力信息及腰部位姿，其中，当进入所述双足支撑期时，将上一单足支撑期中的支撑腿记为原支撑腿以及将所述摆动腿记为原摆动腿；根据获取的所述腰部位姿和预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制所述原支撑腿，及根据所述双足支撑期内的摆动腿期望轨迹控制所述原摆动腿；根据所述双足受力信息及预设的双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件，并在达到时，切换所述原支撑腿和所述原摆动腿的轨迹跟踪任务，直到所述原支撑腿离地后进入下一单足支撑期。在一些实施例中，该仿人机器人步态规划方法，还包括：当所述仿人机器人处于所述单足支撑期时，对所述支撑腿进行对支撑腿进行重力补偿；当所述仿人机器人进入所述双足支撑期时，在所述原支撑腿和所述原摆动腿之间进行重力补偿过渡。在一些实施例中，所述重力补偿过渡包括：按照预设多项式曲线或三角函数曲线来确定每一时刻下分别施加至所述原支撑腿和所述原摆动腿上的重力补偿量，其中，每个时刻下所述原支撑腿和所述原摆动腿的重力补偿量之和等于所述仿人机器人受到的重力。在一些实施例中，该仿人机器人步态规划方法，还包括：当所述仿人机器人处于所述单足支撑期时，根据当前支撑腿的受力信息及所述仿人机器人受到的重力计算控制缩放系数；根据计算得到的所述控制缩放系数对所述单足支撑期内的输出控制力矩进行调整，其中，所述输出控制力矩根据预先规划的所述单足支撑期内的腰部期望轨迹和实际获取的腰部位姿计算得到；根据调整后的所述控制力矩对所述当前支撑腿的各个关节进行控制。在一些实施例中，所述当前支撑腿的受力信息包括所述当前支撑腿受到的地面支反力在竖直方向的分量，所述根据当前支撑腿的受力信息及所述仿人机器人受到的重力计算控制缩放系数包括：当所述分量小于等于预设的第一受力阈值时，所述控制缩放系数取值为第一预设值，其中，所述第一受力阈值根据第一预设系数和所述重力计算得到；当所述分量大于所述第一受力阈值且小于预设的第二受力阈值时，所述控制缩放系数取值为所述分量和所述第一受力阈值之间的第一差值与所述第一受力阈值和所述第二受力阈值之间的第二差值的比值，其中，所述第二受力阈值根据第二预设系数和所述重力计算得到；当所述分量大于等于所述第二受力阈值时，所述控制缩放系数取值为第二预设值。在一些实施例中，所述第一预设值为0；所述第二预设值为1。在一些实施例中，所述第一预设系数的取值范围为(0，0.3]；所述第二预设系数的取值范围为[0.7，1)。在一些实施例中，每条腿的所述受力信息包括对应腿的足底受到的地面支反力在竖直方向的分量，所述仿人机器人的每条腿上均设有力传感器或力矩传感器，所述分量的获取包括：通过对应腿的所述力传感器或所述力矩传感器采集得到所述对应腿足底在自身足底坐标系下受到的地面支反力；根据世界坐标系到对应腿的足底坐标系的旋转矩阵及所述足底坐标系下受到的所述地面支反力计算得到所述地面支反力在竖直方向的分量。在一些实施例中，所述力传感器为六维力传感器，所述仿人机器人的每条腿的足底设有一个所述六维力传感器。在一些实施例中，所述力矩传感器包含若干个，所述仿人机器人的每条腿的每个关节设有一个所述力矩传感器。在一些实施例中，所述根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地包括：判断所述摆动腿足底受到的地面支反力在竖直方向的分量是否大于一预设阈值，若大于，则判断所述摆动腿落地，否则判断不落地。在一些实施例中，所述根据所述双足受力信息及预设的双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件包括：当所述仿人机器人进入所述双足支撑期的时长小于所述双足支撑期过渡时长时，所述原摆动腿足底受到的地面支反力在竖直方向的分量大于所述原支撑腿足底受到的地面支反力在竖直方向的分量；或者，所述仿人机器人进入所述双足支撑期的时长等于所述双足支撑期过渡时长；若满足上述两种条件中的任意一种，则判断达到任务切换条件，否则，判断未达到任务切换条件。在一些实施例中，所述根据所述腰部位姿和预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制所述原支撑腿包括：根据预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹计算所述仿人机器人的腰部期望位姿；根据所述腰部位姿及所述腰部期望位姿之间的偏差计算姿态控制力矩；根据所述姿态控制力矩对所述仿人机器人的各个关节进行控制。本申请的一实施例还提供一种仿人机器人步态规划装置，包括：信息获取模块，用于获取仿人机器人当前处于单足支撑期的摆动腿的受力信息；落地判断模块，用于根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地，并在判断出落地时，获取所述仿人机器人进入双足支撑期后的双足受力信息及腰部位姿，其中，当进入所述双足支撑期时，将上一单足支撑期中的支撑腿记为原支撑腿以及将所述摆动腿记为原摆动腿；轨迹跟踪控制模块，用于根据获取的所述腰部位姿和预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制所述原支撑腿，及根据所述双足支撑期内的摆动腿期望轨迹控制所述原摆动腿；任务切换模块，用于根据所述双足受力信息及预设的双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件，并在达到时，切换所述原支撑腿和所述原摆动腿的轨迹跟踪任务，直到所述原支撑腿离地后进入下一单足支撑期。本申请的一实施例还提供一种仿人机器人，其采用上述的仿人机器人步态规划方法进行行走过程中的双足支撑期步态规划。本申请的一实施例还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，在所述计算机程序被执行时，实施根据上述的仿人机器人步态规划方法。本申请的实施例具有如下优点：本申请实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿人机器人步态规划方法，其特征在于，包括：/n获取仿人机器人当前处于单足支撑期的摆动腿的受力信息；/n根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地，并在判断出落地时，获取所述仿人机器人进入双足支撑期后的双足受力信息及腰部位姿，其中，当进入所述双足支撑期时，将上一单足支撑期中的支撑腿记为原支撑腿以及将所述摆动腿记为原摆动腿；/n根据获取的所述腰部位姿和预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制所述原支撑腿，及根据所述双足支撑期内的摆动腿期望轨迹控制所述原摆动腿；/n根据所述双足受力信息及预设的双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件，并在达到时，切换所述原支撑腿和所述原摆动腿的轨迹跟踪任务，直到所述原支撑腿离地后进入下一单足支撑期。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿人机器人步态规划方法，其特征在于，包括：
获取仿人机器人当前处于单足支撑期的摆动腿的受力信息；
根据所述受力信息判断所述摆动腿是否落地，并在判断出落地时，获取所述仿人机器人进入双足支撑期后的双足受力信息及腰部位姿，其中，当进入所述双足支撑期时，将上一单足支撑期中的支撑腿记为原支撑腿以及将所述摆动腿记为原摆动腿；
根据获取的所述腰部位姿和预先规划的所述双足支撑期内的腰部期望轨迹控制所述原支撑腿，及根据所述双足支撑期内的摆动腿期望轨迹控制所述原摆动腿；
根据所述双足受力信息及预设的双足支撑期过渡时长判断是否达到预设任务切换条件，并在达到时，切换所述原支撑腿和所述原摆动腿的轨迹跟踪任务，直到所述原支撑腿离地后进入下一单足支撑期。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述仿人机器人处于所述单足支撑期时，对所述支撑腿进行对支撑腿进行重力补偿；
当所述仿人机器人进入所述双足支撑期时，在所述原支撑腿和所述原摆动腿之间进行重力补偿过渡。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重力补偿过渡包括：
按照预设多项式曲线或三角函数曲线来确定每一时刻下分别施加至所述原支撑腿和所述原摆动腿上的重力补偿量，其中，每个时刻下所述原支撑腿和所述原摆动腿的重力补偿量之和等于所述仿人机器人受到的重力。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述仿人机器人处于所述单足支撑期时，根据当前支撑腿的受力信息及所述仿人机器人受到的重力计算控制缩放系数；
根据计算得到的所述控制缩放系数对所述单足支撑期内的输出控制力矩进行调整，其中，所述输出控制力矩根据预先规划的所述单足支撑期内的腰部期望轨迹和实际获取的腰部位姿计算得到；
根据调整后的所述控制力矩对所述当前支撑腿的各个关节进行控制。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当前支撑腿的受力信息包括所述当前支撑腿受到的地面支反力在竖直方向的分量，所述根据当前支撑腿的受力信息及所述仿人机器人受到的重力计算控制缩放系数包括：
当所述分量小于等于预设的第一受力阈值时，所述控制缩放系数取值为第一预设值，其中，所述第一受力阈值根据第一预设系数和所述重力计算得到；
当所述分量大于所述第一受力阈值且小于预设的第二受力阈值时，所述控制缩放系数取值为所述分量和所述第一受力阈值之间的第一差值与所述第一受力阈值和所述第二受力阈值之间的第二差值的比值，其中，所述第二受力阈值根据第二预设系数和所述重力计算得到；
当所述分量大于等于所述第二受力阈值时，所述控制缩放系数取值为第二预设值。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每条腿的所述受力信息包括对应腿的足底受到的地面支反力在竖直方向的分量，所述仿人机器人的每条腿上均设有力传感器或力矩传感器，所述分量的获取包括：
通过对应腿的所述力传感器或所述力矩传感器采集得到所述对应腿足底在自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家俊，赵明国，熊友军，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44