[发明专利]双足仿人机器人及其非线性步态规划方法以及控制方法

权利要求书

1.一种双足仿人机器人非线性步态规划方法，其特征在于，方法包括：

S1、获取用户输入的步态参数；

S2、基于用户输入的步态参数生成ZMP参考轨迹；

S3、采用整合了非线性因子的Preview Control算法，根据参考ZMP轨迹获取质心轨迹；其中，所述非线性因子与沿重力加速度方向的运动参数相关。

2.根据权利要求1所述的双足仿人机器人非线性步态规划方法，其特征在于，步骤S3中所述的采用整合了非线性因子的Preview Control算法，根据参考ZMP轨迹获取质心轨迹包括：在线性Preview Control算法的状态迁移方程和输出方程的组合中整合非线性因子，构建非线性的轨迹规划数学模型，并根据未来的ZMP参考轨迹调整当前的质心轨迹，

所述状态迁移方程为：X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)，

所述输出方程为：x_zmp(k)＝C^**X(k)，

其中：

其中，参数A、B为由频率Δt确定的固定参数；参数C^*为整合了非线性因子的变量，g表示重力加速度，z_com表示运动时质心沿重力加速度方向的位移，表示运动时质心沿重力加速度方向的加速度；X(k)为状态迁移方程的输出，x(k)、分别表示k时刻质心的位移、速度和加速度；u(k)代表最优输入控制器，为状态迁移方程的输入，表示k时刻加速度的微分；x_zmp(k)为输出方程的输出，表示k时刻ZMP参考轨迹的一个点，状态迁移方程的输出X(k)是输出方程的输入，所述输出方程建立了质心点和ZMP参考轨迹间的非线性关系；为ZMP实际轨迹与ZMP参考轨迹的误差和，G_xX(k)为质心轨迹的反馈，为k时刻之后N_p个采样时间内的参考ZMP轨迹；其中，G_i,G_x,G_p分别为增益参数，且通过将参数A、B和C^*作为输入的离散黎卡提方程计算得到。

3.根据权利要求1所述的双足仿人机器人非线性步态规划方法，其特征在于，步骤S1中输入的步态参数为：步长x、步宽y、每步所用时间t_f、静止时质心高度z_height和步数Num。

4.根据权利要求3所述的双足仿人机器人非线性步态规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、定义机器人初始站立位置的正前方为X轴正方向、右手侧为Y轴正方向，两脚之间中心点设为原点，在单脚支撑阶段，与地面接触的脚称为支撑脚、另一只为摆动脚；

S22、基于用户输入的步态参数生成支撑脚在X-Y平面内的参考轨迹向量supportX、supportY，以及身体在X-Y平面内的参考轨迹向量torsoX、torsoY，其中，supportX表示沿x轴方向支撑脚轨迹，supportY表示沿Y轴方向支撑脚轨迹，torsoX表示沿X轴方向的身体轨迹，torsoY表示沿Y轴方向的身体轨迹；

其中，supportX=[0,x,2x,3x,…,Num·x]，当先以左脚为支撑脚，右脚为摆动脚时，supportY＝[-y,y,-y,y,…,(-1)^Num·y]，当先以右脚为支撑脚，左脚为摆动脚时，supportY=[y,-y,y,-y,…,(-1)^(Num-1)·y]；torsoX=[0,x/2,3x/2,5x/2,…,(2Num-1)·x/2]，torsoY＝[0,0,0,0,…0]；

S23、基于支撑脚和身体的参考轨迹向量获取参考ZMP轨迹。