[发明专利]仿人机器人平衡控制方法、装置和仿人机器人

权利要求书

1.一种仿人机器人平衡控制方法，其特征在于，包括：

利用对应控制周期内反馈得到的仿人机器人相关实际状态和规划的对应期望状态对该仿人机器人的不同分解任务模型进行求解，得到各个分解任务在对应控制周期的任务方程；

基于各个所述分解任务的所述任务方程对多任务误差优化函数进行最优求解，其中，所述多任务误差优化函数基于所有所述分解任务模型和每个所述分解任务的分配权重构建得到且设有该仿人机器人在执行各个所述分解任务时需满足的约束条件；

若在对应控制周期内求解出最优解，则根据所述最优解获得所述对应控制周期的关节控制指令，并利用所述关节控制指令控制该仿人机器人的对应关节以执行相应所述分解任务；

其中，该仿人机器人包括四个分解任务，分别为足底位姿任务、线动量任务、躯干姿态任务和足底受力任务，每个分解任务构建有各自的分解任务模型；所述多任务误差优化函数采用最小二乘法函数构建，表达式如下：

其中，第i个分解任务的任务方程的表达式为w_iA_iX＝w_ib_i，w_i为第i个分解任务的分配权重矩阵；A_i和b_i分别表示第i个分解任务的任务系数矩阵和任务向量；X为待优化变量；m为分解任务总数量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

若在对应控制周期内求解失败，则利用上一控制周期的关节控制指令对该仿人机器的对应关节进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述足底位姿任务的分解任务模型的预先构建，包括：

构建与该仿人机器人的足底位姿偏差和足底速度偏差有关的足底加速度控制律，所述足底加速度控制律用于求解足底加速度；其中，所述足底位姿偏差为规划的足底位姿与反馈得到的实际足底位姿之差，所述足底速度偏差为规划的足底速度与反馈得到的实际足底速度之差；

构建该仿人机器人的足底加速度与关节角加速度之间满足的第一运动学方程，所述足底位姿任务的分解任务模型通过对所述第一运动学方程进行预设形式描述得到，其中，所述预设形式中将所述关节角加速度和所述足底受力描述为待优化变量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一运动学方程为：

其中，J_F为仿人机器人足底对应的雅克比矩阵；为雅克比矩阵J_F的导数；为反馈得到的仿人机器人各关节角速度；为仿人机器人各关节角加速度；a_F为足底加速度，通过所述足底加速度控制律计算得到；

所述足底加速度控制律满足：

a_F,d＝a_F,ref+K_p1(r_F,ref-r_F)+K_d1(v_F,ref-v_F)；

其中，a_F,d为期望的足底加速度；a_F,ref为规划的足底前馈加速度；r_F,ref和v_F,ref分别为规划的足底位姿和足底速度；r_F和v_F分别为反馈得到的实际足底位姿和实际足底速度；K_p1和K_d1分别为系数矩阵。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述线动量任务的分解任务模型的预先构建，包括：

构建与该仿人机器人的合质心位置偏差和合质心速度偏差有关的线动量控制律，所述线动量控制律用于求解机器人的线动量导数；其中，所述合质心位置偏差为规划的合质心位置与反馈得到的实际合质心位置之差，所述合质心速度偏差为规划的合质心速度与反馈得到的实际合质心速度之差；

构建该仿人机器人的线动量导数与关节角加速度之间满足的线动量方程，所述线动量任务的分解任务模型通过对所述线动量方程进行所述预设形式描述得到。