机器人姿态控制方法、装置、可读存储介质及机器人制造方法及图纸

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人姿态控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法应用于双轮足机器人，包括：建立所述双轮足机器人的单质点模型；对所述单质点模型进行动力学分析，确定所述双轮足机器人的动力学模型表达式；根据所述动力学模型表达式对所述双轮足机器人进行模型预测控制，得到所述双轮足机器人在当前时刻的控制量；根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制。通过上述方法，可以对动力学模型表达式进行模型预测控制，获得当前时刻的控制量，并根据当前时刻的控制量对双轮足机器人进行姿态控制，实现了较好的姿态维持效果，提升了姿态控制方法的鲁棒性。提升了姿态控制方法的鲁棒性。提升了姿态控制方法的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
机器人姿态控制方法、装置、可读存储介质及机器人


[0001]本申请属于机器人
，尤其涉及一种机器人姿态控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。

技术介绍

[0002]现有技术中常采用虚拟模型控制(Virtual Model Control，VMC)方法对双轮足机器人进行姿态控制。然而，在面对建模误差时，VMC方法的鲁棒性较差，对双轮足机器人的姿态维持效果欠佳。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请实施例提供了一种机器人姿态控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人，以解决现有技术中对双轮足机器人的姿态控制方法鲁棒性较差，对双轮足机器人的姿态维持效果欠佳的问题。
[0004]本申请实施例的第一方面提供了一种机器人姿态控制方法，应用于双轮足机器人，可以包括：
[0005]对所述双轮足机器人的躯干进行模型简化，建立所述双轮足机器人的单质点模型；
[0006]对所述单质点模型进行动力学分析，确定所述双轮足机器人的动力学模型表达式；
[0007]根据所述动力学模型表达式对所述双轮足机器人进行模型预测控制，得到所述双轮足机器人在当前时刻的控制量；
[0008]根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制。
[0009]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制，可以包括：
[0010]根据所述当前时刻的控制量，计算所述双轮足机器人在当前时刻的关节力矩；
[0011]根据所述当前时刻的关节力矩，对所述双轮足机器人进行姿态控制。
[0012]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述当前时刻的控制量，计算所述双轮足机器人在当前时刻的关节力矩，可以包括：
[0013]获取所述双轮足机器人的腿部关节到腿部末端的雅克比矩阵；
[0014]根据所述当前时刻的控制量和所述雅克比矩阵，计算得到所述当前时刻的关节力矩。
[0015]在第一方面的一种具体实现方式中，所述对所述双轮足机器人的躯干进行模型简化，建立所述双轮足机器人的单质点模型，可以包括：
[0016]将所述双轮足机器人的躯干等效为一个有质量的刚体，将所述刚体的几何中心作为所述刚体的质心，建立所述单质点模型。
[0017]在第一方面的一种具体实现方式中，所述动力学模型表达式可以为：
[0018][0019]其中，m
b
是所述刚体的质量，z
b
为所述刚体的向受力，为所述刚体的z向速度，为所述刚体的z向加速度，分别为所述刚体受到所述双轮足机器人的左轮足和右轮足的z向足底力，分别为所述刚体受到的所述左轮足和所述右轮足的y向足底力，分别为对应的力臂，为所述刚体相对于竖直平面的旋转角度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转速度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转加速度，g为重力加速度。
[0020]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述动力学模型表达式对所述双轮足机器人进行模型预测控制，得到所述双轮足机器人在当前时刻的控制量，可以包括：
[0021]根据所述动力学模型表达式，确定所述双轮足机器人的状态转移矩阵表达式；
[0022]获取所述双轮足机器人的当前状态量，并根据所述当前状态量和所述状态转移矩阵表达式确定所述双轮足机器人在预定时长后的预测状态量；
[0023]获取所述双轮足机器人在所述预定时长后的期望状态量，并根据所述预测状态量和所述期望状态量对所述双轮足机器人的控制量进行优化控制，确定所述机器人的当前控制量。
[0024]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述预测状态量和所述期望状态量对所述双轮足机器人的控制量进行优化控制，确定所述机器人的当前控制量，可以包括：
[0025]计算所述预测状态量和所述期望状态量之间的状态量误差；
[0026]将所述状态量误差和所述双轮足机器人的控制量最小化作为优化目标，构建得到优化目标函数；
[0027]对所述优化目标函数进行二次规划求解，得到所述双轮足机器人在所述预定时长内的各个控制时间点的控制量；
[0028]将所述预定时长内的第一个控制时间点的控制量确定为所述当前时刻的控制量。
[0029]本申请实施例的第二方面提供了一种机器人姿态控制装置，应用于双轮足机器人，可以包括：
[0030]模型建立模块，用于对所述双轮足机器人的躯干进行模型简化，建立所述双轮足机器人的单质点模型；
[0031]表达式确定模块，用于对所述单质点模型进行动力学分析，确定所述双轮足机器人的动力学模型表达式；
[0032]预测控制模块，用于根据所述动力学模型表达式对所述双轮足机器人进行模型预测控制，得到所述双轮足机器人在当前时刻的控制量；
[0033]姿态控制模块，用于根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制。
[0034]在第二方面的一种具体实现方式中，所述姿态控制模块可以包括：
[0035]关节力矩计算单元，用于根据所述当前时刻的控制量，计算所述双轮足机器人在当前时刻的关节力矩；
[0036]姿态控制单元，用于根据所述当前时刻的关节力矩，对所述双轮足机器人进行姿态控制。
[0037]在第二方面的一种具体实现方式中，所述关节力矩计算单元可以包括：
[0038]雅克比矩阵获取子单元，用于获取所述双轮足机器人的腿部关节到腿部末端的雅克比矩阵；
[0039]关节力矩计算子单元，用于根据所述当前时刻的控制量和所述雅克比矩阵，计算得到所述当前时刻的关节力矩。
[0040]在第二方面的一种具体实现方式中，所述模型建立模块可以包括：
[0041]模型建立单元，用于将所述双轮足机器人的躯干等效为一个有质量的刚体，将所述刚体的几何中心作为所述刚体的质心，建立所述单质点模型。
[0042]在第二方面的一种具体实现方式中，所述动力学模型表达式可以为：
[0043][0044]其中，m
b
是所述刚体的质量，z
b
为所述刚体的z向受力，为所述刚体的z向速度，为所述刚体的z向加速度，分别为所述刚体受到所述双轮足机器人的左轮足和右轮足的z向足底力，分别为所述刚体受到的所述左轮足和所述右轮足的y向足底力，分别为对应的力臂，为所述刚体相对于竖直平面的旋转角度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转速度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转加速度，g为重力加速度。
[0045]在第二方面的一种具体实现方式中，所述预测控制模块可以包括：
[0046]表达式确定单元，用于根据所述动力学模型表达式，确定所述双轮足机器人的状态转移矩阵表达式；
[0047]预测状态量确定单元，用于获取所述双轮足机器人的当前状态量，并根据所述当前状态量和所述状态转移矩阵表达式确定所述双轮足机器人在预定时长后的预测状态量；
[0048]优化控制单元，用于获取所述双轮足机器人在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人姿态控制方法，其特征在于，应用于双轮足机器人，所述方法包括：对所述双轮足机器人的躯干进行模型简化，建立所述双轮足机器人的单质点模型；对所述单质点模型进行动力学分析，确定所述双轮足机器人的动力学模型表达式；根据所述动力学模型表达式对所述双轮足机器人进行模型预测控制，得到所述双轮足机器人在当前时刻的控制量；根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制。2.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻的控制量对所述双轮足机器人进行姿态控制，包括：根据所述当前时刻的控制量，计算所述双轮足机器人在当前时刻的关节力矩；根据所述当前时刻的关节力矩，对所述双轮足机器人进行姿态控制。3.根据权利要求2所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻的控制量，计算所述双轮足机器人在当前时刻的关节力矩，包括：获取所述双轮足机器人的腿部关节到腿部末端的雅克比矩阵；根据所述当前时刻的控制量和所述雅克比矩阵，计算得到所述当前时刻的关节力矩。4.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述对所述双轮足机器人的躯干进行模型简化，建立所述双轮足机器人的单质点模型，包括：将所述双轮足机器人的躯干等效为一个有质量的刚体，将所述刚体的几何中心作为所述刚体的质心，建立所述单质点模型。5.根据权利要求4所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述动力学模型表达式为：其中，m
b
是所述刚体的质量，z
b
为所述刚体的z向受力，为所述刚体的z向速度，为所述刚体的z向加速度，分别为所述刚体受到所述双轮足机器人的左轮足和右轮足的z向足底力，分别为所述刚体受到的所述左轮足和所述右轮足的y向足底力，分别为对应的力臂，为所述刚体相对于竖直平面的旋转角度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转速度，为所述刚体相对于竖直平面的旋转加速度，g为重力加速度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述根据所述动力学模型表达式对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周江琛，闫萌，陈春玉，
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：