[发明专利]一种姿态决策动态规划方法

说明书

本发明公开了一种姿态决策动态规划方法，包括下述步骤：首先建立模型：列写该类人机器人左臂和右臂的前向运动学方程；然后进行模型解析：分别列写类人机器人左臂和右臂的逆运动学方程，依据逆运动学方程，分别列写类人机器人左臂和右臂的二次规划问题表达式；然后将左臂和右臂的二次规划指标和约束合并，得到类人机器人的标准二次规划问题表达式；再基于该标准二次规划问题表达式，设计姿态决策动态方程以及建立姿态决策动态规划方法；最后设计求解器以对姿态决策动态规划方法进行解算。本发明的姿态决策动态规划方法相对于传统方法，能够更好地完成对类人机器人双臂的姿态规划和控制，并且具有较高的控制精度。

技术领域

本发明涉及机器人运动学和控制规划领域，特别涉及一种用于控制类人机器人双臂的姿态决策动态规划方法。

背景技术

类人机器人是现代的人形机器人，不仅外观像人，有人的模样，还能像人一样进行各种各样的活动。类人机器人之所以能像人一样活动、有人的行为，是因为运用传感器等组件搭建的机器人系统的中枢，能够像人脑一样控制和指挥机器人的行为。这样，类人机器人能运动、会思考、甚至自己去“想”。研制出外观和功能与人一样的类人机器人是现代科技发展的结果。全新组装的类人机器人全身布满了感应器，让它可以根据感应到的声音和动作做出适当反应。

类人机器人可以帮助人们更好地适应点对点的协作环境，因此在各种应用中越来越受到欢迎。类人机器人的双臂不仅可以用于完成各种各样的操作任务，而且作为完成肢体语言的重要组成部分，可以使得类人机器人更加真实。与此同时，与传统机器人的单臂系统相比，类人机器人的双臂系统可以通过同时执行任务而大大提高效率。除此之外，类人机器人还可以根据实际需要，选择使用单臂或双臂完成各种任务。例如，它们可以通过共享负载来协作处理笨重的对象。早期的多臂系统可以追溯到戈茨在1940年代用于放射性货物装卸的遥控机械手系统。从1950年底到1970年初，由于深海和深空探测的发展，对双臂遥操作机器人的研究逐渐深入。

近年来，由于类人机器人的迅速发展，双臂应用再次吸引了研究人员和工程师的兴趣。类人机器人要求其双臂能够在家庭环境中自主或半自主地进行各种日常工作任务，与此同时，它们还要求能够通过展示情感肢体语言来提高机器人的社交能力。为了更好地使类人机器人的双臂完成各种复杂的日常任务，对于双臂运动规划问题的研究便具有了实际意义。逆运动学问题是双臂运动规划的基本问题之一，即给定双臂的末端执行器轨迹，如何在每个时刻计算关节变量的问题。大多数人形机器人的双臂在实际应用中具有三个以上的自由度，被称作冗余度机械臂。这种冗余度提高了机器人实现末端执行器任务时的灵活性和通用性，但与此同时，也不可避免的提高了计算的难度。在这样一种情况下，因为有很大数量的机械关节需要用于完成特定的末端执行器任务，所以求解得到用于类人机器人双臂运动规划的解析解是非常重要和具有挑战性的。传统的用于求解冗余度机械臂的方法是基于伪逆的方法，其中，一种基于伪逆法的闭环逆运动学方法被提出，并被用于移动平台上双臂的运动规划上。但是在应用这样一种基于伪逆法的运动规划方法时，必须考虑并计算矩阵的逆，而且很难考虑其中的不等式问题，大大增加了解析和计算的复杂性。因此，建立在上述伪逆方法的基础上，一种基于二次规划问题的方法于近期被提出，并得到了深入的研究。但现有的二次规划优化方法多集中在对单个机械臂的运动规划上，只有少数方法考虑了对类人机器人双臂运动规划的研究。面对这样一种研究现状，一种用于类人机器人双臂运动规划的姿态决策动态规划方法在本发明专利中被提出，并应用于类人机器人的仿真及实物实验上。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种用于控制类人机器人双臂的姿态决策动态规划方法，能够很好地完成对类人机器人双臂的姿态规划与控制，并且具有很高的控制精度。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

一种姿态决策动态规划方法，应用于类人机器人的双臂，左臂和右臂分别包含7个自由度，包括下述步骤：

1)依据类人机器人双臂的运动学模型，分别列写该类人机器人左臂和右臂的前向运动学方程；