[发明专利]基于快速搜索树的人型机器人踢球动作信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人踢球动作信息处理方法，尤其是涉及一种基于快速搜索树的人型机器人踢球动作信息处理方法。

背景技术

近年来机器人足球赛越来越受世界各国高等院校的青睐，而在类人机器人足球赛中，鲁棒、有效的踢球动作这是十分重要的。目前大多数的类人机器人踢球动作都是通过人工离线的编排一系列固定的关节位置来实现的，这种方法不仅需要大量繁琐枯燥的人力劳动，而且受实时环境的干扰非常大，地面的微小变化都会导致踢球动作无法完成。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种保证机器人在不确定环境下踢球动作可靠执行的基于快速搜索树的人型机器人踢球动作信息处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于快速搜索树的人型机器人踢球动作信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)机器人在不确定环境下根据关节位置传感器、加速度传感器和陀螺仪采集的信息，并通过正向运动模型得到机器人当前状态；

2)机器人根据当前状态和踢球的终止状态，通过快速随机搜索树计算出所需的机器人各关节运动轨迹；

3)通过动作平滑滤波器对步骤2)中生成的关节运动轨迹进行平滑处理，并动力学滤波器进行修正得到稳定的最终踢球运动轨，并将该轨迹发送给机器人执行机构。

所述的步骤1)中的通过正向运动模型得到机器人当前状态的具体步骤如下：

1)利用加速度传感器的静态特性和陀螺仪的动态特性，通过补偿滤波器获得机器人身体的全局旋转矩阵R_bw；

2)利用正向运动模型由身体开始向各子连杆递归计算各子连杆全局位置和旋转矩阵：

p_j＝p_i+R_ib_j

R_j＝R_iR(q_j)

其中p_j为待求第j连杆全局位置，第i连杆为第j连杆的母连杆，R_i为第i连杆的全局旋转矩阵，b_j为第j连杆关节在其母连杆坐标系下的位置向量；R_j为待求第j连杆的全局旋转矩阵，R(q_j)是由第j连杆关节旋转q_j所造成的旋转效应。

所述的步骤2)通过快速随机搜索树计算出所需的机器人各关节运动轨迹的具体步骤如下：

1)根据踢球动作的起始位置初始化搜索树算法的起始状态；

2)在满足无连杆碰撞和所设定支撑模式的约束条件下，使用RRT-Extend方法随机生成扩展状态并同时采用RRT-Connect生成连接状态；

3)重复步骤2)，直到由起始状态和终止状态生成的两棵搜索树实现连接为止。

所述的动作平滑滤波器通过以下步骤来实现关节运动轨迹的平滑处理：

1)采用计算机图形学中的三阶贝塞尔曲线进行平滑处理，减小关节值的震荡；

2)采用直线切割的方法去除不必要的关节运动。

所述的动力学滤波器通过以下步骤来实现关节运动轨迹的修正处理：

设C为机器人质心，是机器人关节角θ的函数，即C＝X(θ)，则质心的雅可比矩阵表示为亦即对于微小量的变化，近似的有ΔC＝J(θ)Δθ(t)，滤波目标为保证质心在地面的投影位置不变，该约束条件可表示为：