一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法及系统技术方案

本实施例提供一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法及系统，包括：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型，然后分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型；基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互所满足的速度、力的约束条件建立系统速度约束模型和系统力约束模型，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件；基于所建立的机器人关节角加速度约束条件得到系统运动边界条件，根据人形机器人的运动轨迹是在满足系统运动边界条件的情况下，执行非抓取式移动作业任务。式移动作业任务。式移动作业任务。

【技术实现步骤摘要】
一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法及系统


[0001]本专利技术属于机器人控制相关
，尤其涉及一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]非抓取式推运是指由机器人向目标物体施加非完整约束，物体的运动不完全由机器人决定，而是受到自身动力学和与之交互的环境信息的影响。非抓取式推运模式的优势在于它可以移动难以抓取的物体，并且可以巧妙地利用环境的帮助，以更少的机器人自由度实现复杂的作业任务。
[0004]人形机器人的移动是利用其腿部“操作”地面从而实现本体的反方向运动，机器人与地面之间的交互也为非完整约束。基于腿部的移动与非抓取式推运的相似性使得二者的机构可以复用。此外，人形机器人平台能够实现肢体末端与本体的运动解耦，实现作业任务与本体移动的隔离。人形机器人采用非抓取式推运方式操作目标物体，能够降低移动作业所需的系统复杂度，并大大拓宽人形机器人平台的应用领域。因此，人形机器人非抓取式移动推运方法具有重要的研究意义和广阔的应用需求。
[0005]然而，目前在世界范围内针对人形机器人非抓取式移动推运的研究较少，且局限于特定的机器人平台和特定的运动方式；我国在人形机器人运动控制领域已经取得了一定的成就，但针对非抓取式推运领域的研究仍处于起步阶段，对于二者相结合领域的研究几乎处于空白。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法及系统，能够驱动人形机器人无需抓取物体，而是采用推运的方式移动某个物体从起始点到达目标点，并保证人形机器人运动的稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的第一个方面提供一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，包括：
[0008]步骤1：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型，根据所建立的系统交互力模型分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型；
[0009]步骤2：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互所满足的速度、力的约束条件建立系统速度约束模型和系统力约束模型，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件；
[0010]步骤3：基于所建立的机器人关节角加速度约束条件得到系统运动边界条件，人形机器人的运动轨迹在满足系统运动边界条件的情况下，执行非抓取式移动作业任务。
[0011]本专利技术的第二个方面提供一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制系统，包
括：
[0012]动力学模型建立模块：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型，根据所建立的系统交互力模型分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型；
[0013]约束建立模块：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互所满足的速度、力的约束条件建立系统速度约束模型和系统力约束模型，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件；
[0014]运动执行模块：基于所建立的机器人关节角加速度约束条件得到系统运动边界条件，人形机器人的运动轨迹在满足系统运动边界条件的情况下，执行非抓取式移动作业任务。
[0015]本专利技术的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法。
[0016]本专利技术的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术针对人形机器人非抓取式推运任务，提供一种“人形机器人
‑
目标物体
‑
环境”一体化动力学模型构建方法和多约束表征、映射、融合算法，为人形机器人非抓取式推运任务提供通用的建模框架。
[0019]本专利技术针对“腿足式机器人
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目标物体
‑
环境”系统的多变量多约束模型，提供一种基于相平面法的运动轨迹生成方法，能够在满足系统约束的前提下生成时效最优的任务运动轨迹。
[0020]本专利技术提供一种人形机器人移动作业方法和系统，可以控制人形机器人移动难以抓取的物体，并且可以巧妙地利用环境的帮助，以更少的人形机器人自由度实现复杂的作业任务，拓宽人形机器人的应用场景。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1是本专利技术实施例一中人形机器人非抓取式移动推运任务的系统元素示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例一中力约束构造示例图；
[0024]图3是本专利技术实施例一中相平面轨迹规划示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0026]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]实施例一
[0028]本实施例提出了一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，包括：
[0029]步骤1：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型，根据所建立的系统交互力模型分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型；
[0030]步骤2：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互所满足的速度、力的约束条件建立系统速度约束模型和系统力约束模型，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件；
[0031]步骤3：基于所建立的机器人关节角加速度约束条件得到系统运动边界条件，人形机器人的运动轨迹在满足系统运动边界条件的情况下，执行非抓取式移动作业任务。
[0032]在本实施例步骤1中，基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型为：
[0033]利用向量描述人形机器人、目标物体、环境两两之间交互的位姿信息，建立人形机器人、目标物体、环境所构成的系统交互位姿表示；
[0034]利用向量描述系统交互位姿模型中人形机器人、目标物体、环境两两之间的交互力情况，建立人形机器人、目标物体、环境所构成的系统交互力表示。
[0035]具体的，首先定义人形机器人、目标物体即被操作物体、环境之间两两交互建立的交互模型，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，其特征在于，包括：步骤1：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型，根据所建立的系统交互力模型分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型；步骤2：基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互所满足的速度、力的约束条件建立系统速度约束模型和系统力约束模型，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件；步骤3：基于所建立的机器人关节角加速度约束条件得到系统运动边界条件，人形机器人的运动轨迹在满足系统运动边界条件的情况下，执行非抓取式移动作业任务。2.如权利要求1所述的一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，基于人形机器人、目标物体、环境之间两两交互的位姿信息建立系统交互力模型具体为：利用向量描述人形机器人、目标物体、环境两两之间交互的位姿信息，建立人形机器人、目标物体、环境所构成的系统交互位姿表示；利用向量描述系统交互位姿模型中人形机器人、目标物体、环境两两之间的交互力情况，建立人形机器人、目标物体、环境所构成的系统交互力表示。3.如权利要求1所述的一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，根据所建立的系统交互力模型分别建立人形机器人、目标物体的动力学模型具体为：基于人形机器人机体的自由度、肢体关节角度建立人形机器人的向量表示；根据人形机器人的惯性矩阵、人形机器人向心力矩阵、人形机器人重力向量、人形机器人驱动关节选定矩阵、人形机器人关节驱动扭矩向量、所述系统交互位姿表示的雅可比矩阵、交互力选择矩阵以及所建立的人形机器人的向量表示，建立惯性坐标系下的人形机器人动力学模型；根据目标物体的质心位置、姿态角度、物体惯性矩阵、物体重力向量、目标物体与人形机器人、环境的交互位姿表示建立惯性坐标系下的目标物体的动力学模型。4.如权利要求1所述的一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，针对机器人、目标物体和环境之间的接触、滑动相对运动形式，得到各部分之间相对速度关系的表达式即速度约束模型；各部分之间交互力在其摩擦锥中的表示形式即交互力约束模型。5.如权利要求1所述的一种人形机器人非抓取式移动推运任务控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，根据所建立的系统速度约束模型、系统力约束模型以及所述人形机器人、目标物体的动力学模型得到机器人关节角加速度约束条件，具体为：根据机器人机体运动对应的雅克比矩阵、机器人关节运动对应的雅克比矩阵以及系统速度约束模型建立机器人本体加速度与目标物体加速度之间关系表示；根据机器人机体运动对应的雅克比矩阵、机器人关节运动对应的雅克比矩阵、人形机器人的向量表示以及所述人形机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国腾，宋锐，荣学文，李贻斌，谢安桓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：