[发明专利]仿人机器人行走加速度补偿方法、装置及仿人机器人

权利要求书

1.一种仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，该方法包括：

在仿人机器人为单脚支撑状态时，根据各关节角速度计算各关节角加速度，及根据所述各关节角速度、所述各关节角加速度和各关节相对于着地点的雅克比矩阵计算连杆质心在绝对世界坐标系下的六维加速度；

根据各关节角速度、各关节角加速度及所述连杆质心在绝对世界坐标系下的六维加速度计算仿人机器人各关节角加速度所需的力矩；

根据预先设定的对应关系确定所述力矩对应的前馈电流值；

将所述前馈电流值叠加到对应关节的控制信号上，以根据叠加后的控制信号对所述仿人机器人进行控制；

其中，所述计算仿人机器人各关节角加速度所需的力矩，包括：

对于每个关节，根据当前关节连杆的质量和当前关节的连杆质心在绝对世界坐标系下的六维加速度计算当前关节连杆受到的合力矢量，并计算当前关节连杆受到的合力矢量与下一连杆对当前连杆的力矩矢量的差值矢量，将当前关节连杆的质心与上一连杆坐标系原点的矢量叉乘所述差值矢量以得到第一力矩矢量；

将当前关节连杆的质心在当前连杆坐标系的位置矢量叉乘下一连杆对当前连杆的力矩矢量，得到第二力矩矢量；

根据当前连杆的转动惯量和当前关节的角加速度计算第三力矩矢量；

将当前关节的角加速度叉乘当前连杆的转动惯量与当前关节的角速度相乘的矢量，得到第四力矩矢量；

将当前关节连杆到下一连杆的转矩矢量、所述第一力矩矢量、所述第二力矩矢量、所述第三力矩矢量和所述第四力矩矢量相加，得到当前关节连杆受到的力矩矢量；

将当前关节的转轴方向向量点乘当前关节连杆受到的力矩矢量，得到当前关节角加速度所需的力矩。

2.根据权利要求1所述的仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，所述“在仿人机器人为单脚支撑状态时，根据各关节角速度计算各关节角加速度”之前还包括：

判断仿人机器人在当前时刻是否为单脚支撑状态。

3.根据权利要求2所述的仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，所述“判断仿人机器人在当前时刻是否为单脚支撑状态”包括：

获取预先存储的所述仿人机器人的步态规划信息，及根据所述步态规划信息判断所述仿人机器人在当前时刻是否处于单脚支撑期；

若所述仿人机器人在当前时刻处于单脚支撑期，获取仿人机器人足底传感器测量的垂直脚面的受力及判断所述垂直脚面的受力是否大于预定阈值；

若所述仿人机器人仅一只脚的垂直脚面的受力大于预定阈值，则该仿人机器人在当前时刻为单脚支撑状态；

否则，该仿人机器人在当前时刻不是单脚支撑状态。

4.根据权利要求1所述的仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，所述“根据各关节角速度计算各关节角加速度”包括：

将各关节角速度与对应关节的转轴方向向量相乘得到对应的三维关节角速度；

将所述对应的三维关节角速度进行微分运算得到三维的关节角加速度。

5.根据权利要求4所述的仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，所述“根据所述各关节角速度、所述各关节角加速度和各关节相对于着地点的雅克比矩阵计算连杆质心在绝对世界坐标系下的六维加速度”包括：

将所述三维关节角加速度乘以所述雅克比矩阵得到六维的第一特征向量；

将三维关节角速度乘以所述雅克比矩阵的导数矩阵得到六维的第二特征向量；

将所述第一特征向量加上所述第二特征向量后得到连杆质心在绝对世界坐标系下的六维加速度。

6.根据权利要求1所述的仿人机器人行走加速度补偿方法，其特征在于，所述雅克比矩阵通过下式获得：

J_m＝[G₁…G_i]

其中，J_m为第m个关节的雅克比矩阵，Z_i为第i个关节的转轴方向向量，d_i为第i个关节到第m个关节的距离矢量，i为仿人机器人的关节的数目。