足式机器人运动控制方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本申请提供一种足式机器人运动控制方法、装置、设备及介质，涉及机器人技术领域，用于提高足式机器人运动与环境的适应程度。该方法包括：根据起始时刻的状态数据，确定在规划周期内各足端的候选落脚点；根据起始时刻的状态数据，以及各足端的候选落脚点，确定质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；在约束条件集合的约束下，确定满足第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点；其中，约束条件集合包括用于约束迈步次序的约束条件；根据目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点，控制足式机器人在规划周期内运动。人在规划周期内运动。人在规划周期内运动。

【技术实现步骤摘要】
足式机器人运动控制方法、装置、设备及介质


[0001]本申请涉及机器人
，尤其涉及一种足式机器人运动控制方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]在机器人控制领域中，通常是确定足式机器人质心运动轨迹，进而根据质心运动轨迹确定控制足式机器人的运动控制参数。在控制足式机器人的运动过程中，如何基于足式机器人的环境确定运动控制参数是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种足式机器人运动控制方法、装置、设备及介质，用于提高足式机器人运行与环境的适应性。
[0004]一方面，提供一种足式机器人运动控制方法，包括：
[0005]根据规划周期内起始时刻的状态数据，确定在所述规划周期内各足端的候选落脚点；
[0006]根据所述起始时刻的状态数据，以及所述各足端的候选落脚点，确定质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；
[0007]在约束条件集合的约束下，确定满足所述第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点；其中，所述约束条件集合包括用于约束迈步次序的约束条件；
[0008]根据所述目标质心位置变化系数、所述目标迈步次序和所述目标落脚点，控制所述足式机器人在所述规划周期内运动。
[0009]又一方面，提供一种足式机器人运动控制装置，包括：
[0010]第一确定模块，用于根据规划周期内起始时刻的状态数据，确定在所述规划周期内各足端的候选落脚点；
[0011]第二确定模块，用于根据所述起始时刻的状态数据，以及所述各足端的候选落脚点，确定质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；
[0012]第三确定模块，用于在约束条件集合的约束下，确定满足所述第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点；其中，所述约束条件集合包括用于约束迈步次序的约束条件；
[0013]控制模块，用于根据所述目标质心位置变化系数、所述目标迈步次序和所述目标落脚点，控制所述足式机器人按照所述规划周期进行运动。
[0014]在一种可能的实施例中，所述迈步次序与选中的对应足端的候选落脚点相关，所述用于约束迈步次序的约束条件包括如下的至少一种：
[0015]约束足式机器人每条腿在每次迈步时最多选中一个候选落脚点第一约束条件；
[0016]约束足式机器人每条腿迈步之后不会撤回的第二约束条件；
[0017]约束所述足式机器人在所述规划周期内的迈步次数达到预设迈步次数的第三约
束条件；其中，选中一候选落脚点则对应迈步一次。
[0018]在一种可能的实施例中，所述第二确定模块具体用于：
[0019]从规划周期中确定出多个采样时刻，并确定每个采样时刻与起始时刻之间的时间间隔；其中，所述移动时长是所述足式机器人完成所述规划周期所需的时间；
[0020]针对每个采样时刻，根据所述起始质心位置、对应采样时刻的时间间隔、以及第二关系式，获得质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；其中，所述第二关系式表示每个采样时刻所述足式机器人的足端接触力与对应采样时刻的质心位置和落脚点之间的变化关系，其中对应采样时刻的质心位置设置为所述起始时刻的质心位置与在时间间隔内的质心位置变化量之和，其中所述质心位置变化量设置为质心位置变化系数和时间间隔表示。
[0021]在一种可能的实施例中，所述起始时刻的状态数据还包括起始时刻的给定姿态，所述第二确定模块具体用于：
[0022]根据所述起始时刻的给定姿态，以及所述规划周期内结束时刻的给定姿态，确定足式机器人每个采样时刻的给定姿态，以及每个采样时刻的姿态变化角参数；
[0023]针对每个采样时刻，根据对应采样时刻的给定姿态，以及对应采样时刻的姿态变化角参数，确定每个采样时刻的质心角动量对时间的一阶导数；
[0024]针对每个采样时刻，根据对应采样时刻的质心角动量对时间的一阶导数、以及所述第二关系式，获得每个采样时刻对应的质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式。
[0025]在一种可能的实施例中，所述约束条件集合还包括空间落脚约束条件；其中，所述空间落脚约束条件用于限制足式机器人在每次迈步时足端的落脚点在对应足端的工作空间内，其中每次迈步时足端的落脚点设置为迈步次序、对应足端的候选落脚点和对应足端的初始落脚点之间的关系式；所述第三确定模块具体用于：
[0026]针对每个采样时刻，根据所述空间落脚约束条件，以及每个采样时刻的给定姿态，确定质心位置变化系数、迈步次序与落脚点之间的目标约束条件；
[0027]确定满足每个采样时刻的目标约束条件，以及每个采样时刻的第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点。
[0028]在一种可能的实施例中，所述约束条件集合还包括如下至少一种：
[0029]摩擦力约束条件；其中，所述摩擦力约束条件用于约束每个采样时刻的足端接触力位于摩擦锥内，所述摩擦锥是根据落脚点的法向量以及落脚的足端与接触面之间的摩擦系数确定的；
[0030]足端接触力约束条件；其中，所述足端接触力约束条件用于约束每个采样时刻的足端接触力在法线方向上的分量小于或等于作用力上限。
[0031]在一种可能的实施例中，所述第三确定模块具体用于：
[0032]获得满足所述第一关系式和约束条件集合的多组候选结果；其中，每组候选结果包括质心位置变化系数、迈步次序和落脚点；
[0033]根据所述多组候选结果，最小化代价函数，从所述多组候选结果中确定出目标结果；其中，所述代价函数是根据候选结果所包括的相关量构建的二次项。
[0034]在一种可能的实施例中，所述第三确定模块具体用于：
[0035]根据所述多组候选结果中每组候选结果，确定在所述规划周期内足端接触力的平方和、在所述规划周期内质心位置变化量的平方和、以及在所述规划周期对应的结束时刻的规划质心状态数据与期望质心状态数据之间差值的平方和三者之和，以获得每组候选结果对应的代价函数的取值；其中，所述期望质心状态数据是根据候选结果中的落脚点确定的，所述规划质心状态数据是根据候选结果中的迈步次序和质心位置变化系数确定的；
[0036]将代价函数的取值最小的一组候选结果确定为目标结果。
[0037]在一种可能的实施例中，所述控制模块具体用于：
[0038]根据所述目标质心位置变化系数，确定所述足式机器人在每个时刻的规划质心位置；
[0039]根据所述起始时刻的初始落脚点、所述目标迈步次序和所述目标落脚点，确定所述足式机器人在所述规划周期内每个时刻的期望足端位置；
[0040]根据所述起始时刻的给定姿态，以及所述足式机器人在终止位置的期望姿态，确定所述足式机器人在每个时刻的期望姿态；
[0041]针对每个时刻，对所述足式机器人在对应时刻的规划质心位置、对应时刻的期望姿态、对应时刻的期望足端位置进行逆运动学运算，确定所述足式机器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种足式机器人运动控制方法，其特征在于，包括：根据规划周期内起始时刻的状态数据，确定在所述规划周期内各足端的候选落脚点；根据所述起始时刻的状态数据，以及所述各足端的候选落脚点，确定质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；在约束条件集合的约束下，确定满足所述第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点；其中，所述约束条件集合包括用于约束迈步次序的约束条件；根据所述目标质心位置变化系数、所述目标迈步次序和所述目标落脚点，控制所述足式机器人在所述规划周期内运动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迈步次序与选中的对应足端的候选落脚点相关，所述用于约束迈步次序的约束条件包括如下的至少一种：约束所述足式机器人每条腿在每次迈步时最多选中一个候选落脚点第一约束条件；约束所述足式机器人每条腿迈步之后不会撤回的第二约束条件；约束所述足式机器人在所述规划周期内的迈步次数达到预设迈步次数的第三约束条件；其中，选中一候选落脚点则对应迈步一次。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述起始时刻的状态数据，确定质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式，包括：从规划周期中确定出多个采样时刻，并确定每个采样时刻与起始时刻之间的时间间隔；针对每个采样时刻，根据所述起始质心位置、对应采样时刻的时间间隔、以及第二关系式，获得质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式；其中，所述第二关系式表示每个采样时刻所述足式机器人的足端接触力与对应采样时刻的质心位置和落脚点之间的变化关系，其中对应采样时刻的质心位置设置为所述起始时刻的质心位置与在时间间隔内的质心位置变化量之和，其中所述质心位置变化量设置为质心位置变化系数和时间间隔表示。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述起始时刻的状态数据还包括起始时刻的给定姿态，针对每个采样时刻，根据所述起始质心位置、对应采样时刻的时间间隔、以及第二关系式，获得质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式，还包括：根据所述起始时刻的给定姿态，以及所述规划周期内结束时刻的给定姿态，确定足式机器人每个采样时刻的给定姿态，以及每个采样时刻的姿态变化角参数；针对每个采样时刻，根据对应采样时刻的给定姿态，以及对应采样时刻的姿态变化角参数，确定每个采样时刻的质心角动量对时间的一阶导数；针对每个采样时刻，根据对应采样时刻的质心角动量对时间的一阶导数、以及所述第二关系式，获得每个采样时刻对应的质心位置变化系数、落脚点与足端接触力之间的第一关系式。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述约束条件集合还包括空间落脚约束条件；其中，所述空间落脚约束条件用于限制足式机器人在每次迈步时足端的落脚点在对应足端的工作空间内，其中每次迈步时足端的落脚点设置为迈步次序、对应足端的候选落脚点和对应足端的初始落脚点之间的关系式；在约束条件集合的约束下，确定满足所述第一关系式的目标质心位置变化系数、目标
迈步次序和目标落脚点，包括：针对每个采样时刻，根据所述空间落脚约束条件，以及每个采样时刻的给定姿态，确定质心位置变化系数、迈步次序与落脚点之间的目标约束条件；确定满足每个采样时刻的目标约束条件，以及每个采样时刻的第一关系式的目标质心位置变化系数、目标迈步次序和目标落脚点。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述约束条件集合还包括如下至少一种：摩擦力约束条件；其中，所述摩擦力约束条件用于约束每个采样时刻的足端接触力位于摩擦锥内，所述摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宇，姜鑫洋，迟万超，凌永根，张晟浩，张正友，
申请(专利权)人：腾讯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：