[发明专利]一种用于双足机器人的腿部关节补偿角度自动获取方法

说明书

提供了一种用于双足机器人稳定行走的腿部关节补偿角度自动获取的方法。所述方法提供了一种衡量腿部关节补偿角度有效性的可计算的通用评价指标，综合考虑了实际ZMP与规划ZMP间的误差及躯干姿态偏差。本发明使双足机器人进行原地类行走运动，自动调节腿部关节周期性补偿角度，并计算出当前补偿角度对应的评价指标值；在遍历预设补偿角度限幅范围内所有的补偿角度后，比较所得的若干组评价指标值，以最小评价指标值对应的腿部关节补偿角度为最优。本发明避免了大量重复性行走实验，排除了行走过程中外界不确定性扰动因素对获取最优补偿角度的干扰，降低了实验成本，节约了调试时间，提高了腿部关节补偿精度，最终为仿人机器人的稳定行走奠定基础。

技术领域

本发明提供了一种用于双足机器人稳定行走的腿部关节补偿角度自动获取的方法，属于机器人技术领域。

背景技术

双足机器人是依据仿生学原理，模仿人体腿足结构、运动特性等研制的高新机电系统。

与轮式、多足式机器人相比，双足机器人具有越障灵活，适应非结构化环境能力强等特点，在家庭服务，灾害救援，太空探索等复杂环境中有良好的应用前景。双足机器人的稳定行走能力是实现上述应用的必要基础，因此，解决双足机器人稳定行走问题具有重要意义。

为实现双足机器人的行走，首先需根据机器人模型，按照所需运动轨迹生成腿部关节角度时间序列。但是，由于实际模型误差以及执行误差的存在，机器人按照规划的关节角度行走时会出现上身倾斜，足部抬脚过晚或落脚过早的情况，使得足部与地面产生巨大的冲击，严重影响行走的稳定性。因此，单纯地按照预先规划的角度很难实现其稳定行走，需要根据双足机器人的状态对其腿部关节角度进行周期性补偿。在现有的多种角度补偿算法中，一种常用的方法是对机器人髋关节与踝关节补偿周期性的角度，使机器人在行走过程中保持上身竖直，从而避免足部因抬脚过晚或落脚过早与地面产生巨大冲击，提高机器人的行走稳定性。

通常，为获得最优的腿部关节补偿角度，需要多次进行重复性行走实验，根据行走实验记录的传感器数据或者实验者的经验，不断手动调整腿部关节补偿角度，直至双足机器人可以稳定行走。这种方法，需要实验者进行大量的重复性行走实验，一旦地面环境发生变化，或者长时间停机后再次使用双足机器人，又需进行重复调试，实验成本高，调试时间长；同时行走过程中易受随机干扰因素影响，难以客观评价补偿角度的有效性；并且该方法需要实验者依靠自身经验对补偿角度进行微调来得到较好的行走状态，调节精度低，不能量化调整，不具备通用性，限制了双足机器人的应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种自动获取腿部关节补偿角度的方法，通过原地类行走运动，避免实验者进行大量重复行走实验来获取补偿角度，排除行走过程中外界不确定性干扰因素的影响，同时利用新提出的评价指标，将补偿角度的调整变为一种可量化的通用性方法，节约调试时间，提高补偿精度，减小机器人的模型误差以及执行误差，为其他的行走稳定性控制算法提供一个良好的平台，最终实现双足机器人的稳定行走。

本发明的技术方案如下：

一种用于双足机器人的腿部关节补偿角度自动获取方法，其包括如下步骤：

步骤S1：设置所述双足机器人的步行参数，转到步骤S2；

步骤S2：生成原地类行走运动关节角度时间序列，转到步骤S3；

步骤S3：步进修改周期性补偿角度曲线，转到步骤S4；

步骤S4：在周期性补偿角度作用下进行原地类行走运动，获取实际ZMP轨迹与躯干姿态角，转到步骤S5；

步骤S5：计算评价指标值，转到步骤S6；

步骤S6：判断周期性补偿角度是否遍历补偿角度限幅范围，若结果为是则转到步骤S7，若结果为否则转到步骤S3；

步骤S7：比较评价指标值，转到步骤S8；