多足机器人的步态控制方法、装置和机器人制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多足机器人的步态控制方法、装置和机器人。其中，该方法包括：将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取机器人的足端运动轨迹和与足端运动轨迹对应的目标零力矩点；在机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的机器人的当前零力矩点和目标零力矩点，得到机器人的质心运动轨迹；根据足端运动轨迹和质心运动轨迹确定机器人的部件连接节点的轨迹信息；控制机器人以预设步态中动作单元的顺序，按照动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。本发明专利技术解决了现有技术中，双足机器人的运行规划采用离线设计，导致抗干扰性差的技术问题。

Gait control method, device and robot for multi legged robot

The invention discloses a gait control method, a device and a robot for a multi legged robot. In this method, each gait of the robot is divided into multiple action units with preset order, and the foot motion trajectory of the robot and the zero moment point corresponding to the track of the foot end are obtained. The current zero torque of the robot is obtained in the case of the robot walking by the preset gait. The locus of the centroid motion of the robot is obtained by the point and the point of zero moment of the target, and the trajectory information of the joint of the part of the robot is determined according to the trajectory of the foot end and the trajectory of the centroid motion, and the control robot moves the track information of the node according to the components of the action unit. The invention solves the technical problems of the off-line design of the biped robot and the poor anti-interference performance in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
多足机器人的步态控制方法、装置和机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体而言，涉及一种多足机器人的步态控制方法、装置和机器人。
技术介绍
双足机器人具备仿人的外形和运动特征，有较好的亲和力，更加适合作为服务机器人与人完成任务合作，进行人机交互。双足的运动控制技术可以很好的移植到多足机器人平台，有利于多足机器人的研究，而足式机器人离散交替、方便调整的落脚点可以更好的适应不同的地面，运动更加灵活，有利于完成复杂未知环境下的工作任务。双足机器人的单边约束性以及欠驱动性容易导致其行走不稳定而摔倒，因此，有效的步态规划和稳定的运动控制是双足机器人研究领域中的关键技术和难点。目前，针对双足机器人的运动规划通常采用离线设计的方法，即提前设计双足机器人的步态，计算各个关节的运动轨迹，通过试错的方法得到稳定的步态，这种方法相对繁琐，得到的步态重复性差，抗干扰性差。针对现有技术中，双足机器人的运行规划采用离线设计，导致抗干扰性差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种多足机器人的步态控制方法、装置和机器人，以至少解决现有技术中，双足机器人的运行规划采用离线设计，导致抗干扰性差的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种多足机器人的步态控制方法，包括：将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取机器人的足端运动轨迹和与足端运动轨迹对应的目标零力矩点；在机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的机器人的当前零力矩点和目标零力矩点，得到机器人的质心运动轨迹；根据足端运动轨迹和质心运动轨迹确定机器人的部件连接节点的轨迹信息；控制机器人以预设步态中动作单元的顺序，按照动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种多足机器人的步态控制装置，包括：第一获取模块，用于将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取机器人的足端运动轨迹和与足端运动轨迹对应的目标零力矩点；第二获取模块，用于在机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的机器人的当前零力矩点和目标零力矩点，得到机器人的质心运动轨迹；第一确定模块，用于根据足端运动轨迹和质心运动轨迹确定机器人的部件连接节点的轨迹信息；动作模块，用于控制机器人以预设步态中动作单元的顺序，按照动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种机器人，包括上述任意一种多足机器人的步态控制装置。在本专利技术实施例中，将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取所述机器人的足端运动轨迹和对应的目标零力矩点，在机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的机器人的当前零力矩点和目标零力矩点，得到机器人的质心运动轨迹；根据足端运动轨迹和质心运动轨迹确定机器人的部件连接节点的轨迹信息；控制机器人以预设步态中动作单元的顺序，按照动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。上述方案通过将步态划分为动作单元，当机器人执行步态中的动作单元时，再根据动作单元中的信息(足端运动轨迹和目标零力矩点)和机器人的动作信息(当前零力矩点)确定机器人的其他部件的连接节点运动轨迹，从而控制机器人执行预定的步态，解决了现有技术中，双足机器人的运行规划采用离线设计，导致抗干扰性差的问题，实现了实时规划机器人步态的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的多足机器人的步态控制方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例的一种小车-桌子模型示意图；图3是根据本专利技术实施例的一种小车-桌子模型的受力分析图；图4是根据本专利技术实施例的一种控制多足机器人行走的示意图；图5是根据本专利技术实施例的一种更换步态的示意图；以及图6是根据本专利技术实施例的多足机器人的步态控制装置的示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1根据本专利技术实施例，提供了一种多足机器人的步态控制方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图1是根据本专利技术实施例的多足机器人的步态控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤S102，将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取所述机器人的足端运动轨迹和与足端运动轨迹对应的目标零力矩点。具体的，步态可以包括：启动、停止、正常行走、左转、右转、加速、减速等，每个步态都由多个动作单元组成，当机器人接收到执行某一步态的指令时，按照这一步态中预设顺序的动作单元进行动作即可完成该步态。上述足端运行轨迹可以由机器人收到的指令进行确定，进一步地，可以由指令所指示的具体任务确定，例如，指令所指示的任务为拿取桌子上的一个水杯，则足端运动轨迹为机器人所处位置至桌子附近的位置的轨迹。零力矩点为地面对支撑面的反作用力关于该点在水平方向上的分力矩为零，上述目标零力矩点为不同时刻的目标零力矩点，对于机器人执行任务的整个过程中，目标零力矩点也能够构成一定的轨迹。步骤S104，在机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的机器人的当前零力矩点和目标零力矩点，得到机器人的质心运动轨迹。具体的，机器人是当前零力矩点可以通过部署在机器人足端的传感器获取。在一种可选的实施例中，以双足机器人为例，可以在双足机器人的每个足端与地面接触的足面设置至少四个压力传感器，实时获取机器人的对足端的垂直压力，并将机器人对足端的垂直压力传输至机器人的计算装置，计算得到实时的零力矩点。步骤S106，根据足端运动轨迹和质心运动轨迹确定机器人的部件连接节点的轨迹信息。具体的，上述部件的连接节点可以为机器人的关节，关节的轨迹信息中可以包括每一时刻关节的角度。步骤S108，控制机器人以预设步态中动作单元的顺序，按照动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。此处需要说明的是，上述步态的控制方案是“在线”规划的过程，即在机器人的运行过程中变控制机器人按照预定的步态运行，边对机器人的步态进行规划的过程，与现有技术中预先对机器人的步态进行规划相比，具有如下优势：首先，在规划本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多足机器人的步态控制方法，其特征在于，包括：将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取所述机器人的足端运动轨迹和与所述足端运动轨迹对应的目标零力矩点；在所述机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的所述机器人的当前零力矩点和所述目标零力矩点，得到所述机器人的质心运动轨迹；根据所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹确定所述机器人的部件连接节点的轨迹信息；控制所述机器人以所述预设步态中动作单元的顺序，按照所述动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。

【技术特征摘要】
1.一种多足机器人的步态控制方法，其特征在于，包括：将机器人的每个步态划分为具有预设顺序的多个动作单元，并获取所述机器人的足端运动轨迹和与所述足端运动轨迹对应的目标零力矩点；在所述机器人以预设步态行走的情况下，根据实时获取到的所述机器人的当前零力矩点和所述目标零力矩点，得到所述机器人的质心运动轨迹；根据所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹确定所述机器人的部件连接节点的轨迹信息；控制所述机器人以所述预设步态中动作单元的顺序，按照所述动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述机器人的足端运动轨迹和与所述足端运动轨迹对应的目标零力矩点，包括：获取所述机器人的足端运动轨迹；根据预设的判断依据和所述机器人的足端运动轨迹确定目标零力矩点，其中，所述预设的判断依据用于确定所述机器人的零力矩点处于所述机器人的多足组成的支撑面中，所述支撑面由所述足端运动轨迹确定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述机器人的足端运动轨迹，包括：获取触发所述机器人运动的指令；根据所述指令中的任务确定所述机器人的足端运动轨迹。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设的判断依据和所述机器人的足端运动轨迹确定目标零力矩点，包括：根据所述足端运动轨迹确定所述机器人的多足组成的支撑面；使用预设的判断依据确定所述机器人的零力矩点处于所述机器人的多足组成的支撑面中；确定所述支撑面中心为所述目标零力矩点。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实时获取到的所述机器人的当前零力矩点和所述目标零力矩点，得到所述机器人的质心运动轨迹，包括：实时获取所述机器人的当前目标零力矩点；将所述当前零力矩点和所述目标零力矩点的误差输入到预观测控制模型，得到所述机器人的质心运动轨迹。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述当前零力矩点和所述目标零力矩点的误差输入到所述预观测控制模型，得到所述机器人的质心运动轨迹，包括：根据每个时刻所述当前零力矩点和所述目标零力矩点的误差得到起始时刻至当前时刻的目标零力矩点的累积误差，并获取当前质心位置以及未来预设时间内的目标零力矩点；通过预观测模型获取所述目标零力矩点的累积误差、所述当前质心位置和所述未来预设时间内的目标零力矩点对应的增益矩阵；将所述目标零力矩点的累积误差、所述当前质心位置和所述未来预设时间内的目标零力矩点分别与对应的增益矩阵相乘得到的数值累加，得到当前时刻质心的加加速度；根据每个时刻质心的加加速度确定所述机器人的质心运动轨迹。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹确定所述机器人的部件连接节点的轨迹信息，包括：根据所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹通过逆向运动学方法获取所述机器人的部件连接节点的轨迹信息。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中，根据所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹通过逆向运动学方法获取所述机器人的部件连接节点的轨迹信息，包括：通过所述足端运动轨迹和所述质心运动轨迹确定当前末端部件连接节点的位置，其中，所述末端部件连接节点用于表示执行动作中最后一个动作的部件连接节点；根据所述当前末端部件连接节点的位置逆向得到节点链上其他部件连接节点的位置，其中，所述节点链用于表示在动作中具有连接关系的部件连接节点构成的链状关系；根据部件连接节点的位置确定所述机器人的部件连接节点的轨迹信息。9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，在控制所述机器人以所述预设步态中动作单元的顺序，按照所述动作单元对应的部件连接节点的轨迹信息运动之前，所述方法还包括：实时检测所述机器人的多足在与接触面接触的瞬时产生的压力；在所述压力大于预设压力的情况下，通过阻抗控制方法重新确定所述部件连接节点的角度。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述压力大于预设压力的情况下，通过阻抗控制方法重新确定所述部件连接节点的角度，包括：在所述压力大于预设压力的情况下，将所述压力输入至预设的阻抗模型，其中，所述阻抗模型用于输出位置修正量；根据所述阻抗模型输出的位置修正量对所述部件连接节点进行修正，以重新确定所述部件连接节点的角度。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述机器人接收到更换步态的指令时，获取所述机器人的当前步态与目标步态的衔接步态；控制所述机器人执行所述衔接步态后，执行所述目标步态。12.一种多足机器人的步态控制装置，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳光启合众科技有限公司，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44