控制足式机器人的方法和装置及足式机器人制造方法及图纸

本公开的实施例提供一种控制足式机器人的方法、装置、一种足式机器人，一种控制足式机器人的设备、以及一种非易失性计算机可读存储介质。足式机器人包括基座和至少两条机械腿，每条机械腿包括至少一个关节，方法包括：响应于确定足式机器人下落至与平面接触，确定足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹，其中，第一期望轨迹指示足式机器人的质心的期望轨迹；第二期望轨迹指示各条机械腿远离基座的一端的期望轨迹；基于足式机器人对应的动力学模型以及第一期望轨迹和第二期望轨迹，控制足式机器人与平面接触后各个关节的动作。本公开的实施例在保证落地功能的同时对足式机器人形成了良好的抗冲击保护效果。形成了良好的抗冲击保护效果。形成了良好的抗冲击保护效果。

【技术实现步骤摘要】
控制足式机器人的方法和装置及足式机器人


[0001]本申请涉及足式机器人
，具体涉及足式机器人规划控制
，尤其涉及一种控制足式机器人的方法、装置、一种足式机器人，一种控制足式机器人的设备、以及一种非易失性计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着人工智能及足式机器人技术在民用和商用领域的广泛应用，基于人工智能及足式机器人技术的足式机器人在智能交通、智能家居等领域起到日益重要的作用，也面临着更高的要求。
[0003]目前，足式机器人(如四足足式机器人)已经能够执行多种不同的动作，例如，跳跃、空翻等。执行这些动作的足式机器人在落地过程中，往往因为缺乏有效的控制方案，导致足式机器人在落地过程中动作僵硬，各个关节受到过大的冲击力，机身回弹较大。甚至由于落地时受到的冲击力过大，导致足式机器人损坏。基于此，如何在足式机器人的落地过程中，如何对足式机器人进行进一步控制成为了研究热点。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本公开提供了一种控制足式机器人的方法、装置、一种足式机器人，一种控制足式机器人的设备、以及一种非易失性计算机可读存储介质。
[0005]根据本公开的一方面，提出了一种控制足式机器人的方法，所述足式机器人包括基座和至少两条机械腿，每条机械腿包括至少一个关节，所述方法包括：响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹，其中，所述第一期望轨迹指示所述足式机器人的质心的期望轨迹；所述第二期望轨迹指示各条机械腿远离所述基座的一端的期望轨迹；基于所述足式机器人对应的动力学模型以及所述第一期望轨迹和第二期望轨迹，控制所述足式机器人与平面接触后各个关节的动作。
[0006]根据本公开的另一方面，提出了一种控制足式机器人的装置，所述足式机器人包括基座和至少两条机械腿，每条机械腿包括至少一个关节，所述装置包括：规划计算设备，被配置为响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹，其中，所述第一期望轨迹指示所述足式机器人的质心的期望轨迹；所述第二期望轨迹指示各条机械腿远离所述基座的一端的期望轨迹；控制电机，被配置为基于所述足式机器人的质心对应的动力学模型以及所述第一期望轨迹和第二期望轨迹，控制所述足式机器人与平面接触后各个关节的动作。
[0007]根据本公开的另一方面，提出了一种足式机器人，包括：基座部；下肢部，其连接至所述基座部，所述下肢部包括四条下肢，其中每条下肢包括髋关节两个自由度和膝关节1个自由度；控制器，所述控制器设置在所述足式机器人上，且能够执行上述的方法。
[0008]根据本公开的另一方面，提出了一种控制足式机器人的设备，包括：处理器；和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码当由所述处理
器运行时，执行上述的方法。
[0009]根据本公开的另一方面，提出了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，所述可执行代码在被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法。
[0010]本公开的实施例对自由落体运动下的足式机器人的建立了模型，并基于该模型，对足式机器人落地后的质心运动轨迹和足端位置轨迹进行了规划，并基于规划的质心运动轨迹和足端位置轨迹，求解各个电机的控制力矩，对足式机器人进行控制。从而，保证了足式机器人在落地过程中，各个关节仅受到较小的冲击力，机身回弹较小，在保证落地功能的同时对足式机器人形成了良好的抗冲击保护效果。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本公开的主旨。
[0012]图1是示出根据本公开的实施例的足式机器人的示意图。
[0013]图2是示出根据本公开的实施例的控制足式机器人的方法的流程图。
[0014]图3是示出根据本公开的实施例的足式机器人与平面接触的瞬间的示意图。
[0015]图4是示出根据本公开的实施例的足式机器人落地过程中的质心变化的示意图。
[0016]图5是示出根据本公开的实施例的足式机器人落地过程中的机械腿与平面接触的示意图。
[0017]图6是示出根据本公开的实施例提供的一种三次样条差值的计算原理示意图。
[0018]图7示出了根据本公开实施例的第一期望轨迹与足式机器人的质心的实际轨迹之间的对比图。
[0019]图8A示出了根据本公开实施例的足式机器人落地之前的仿真图。
[0020]图8B示出了根据本公开实施例的足式机器人落地之后的仿真图。
[0021]图9示出了根据本公开实施例的足式机器人的示例性框图。
具体实施方式
[0022]为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。
[0023]如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
[0024]虽然本公开对根据本公开的实施例的装置中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在用户终端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述装置和方法的不同方面可以使用不同模块。
[0025]本公开中使用了流程图用来说明根据本公开的实施例的方法和装置所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0026]为便于描述本公开，以下介绍与本公开有关的概念。
[0027]本公开的足式机器人是一种使用腿进行移动的机器人，其以动物为仿生对象，目的是依据工程技术和科学研究成果模拟动物的运动形式和复制动物的运动能力。足式机器人对各种环境(包括结构化环境(诸如公路、铁路、经处理的平整路面等)和非结构化环境(诸如山地、沼泽、崎岖不平的路面等))具有很强的适应能力，其能够适应地形的各种变化、翻越较高的障碍物，而且能够有效地减小载荷、提高系统的能量利用效率。足式机器人按照足数可分为单足、双足、四足、六足、八足等，其中，四足足式机器人具有超强的运动能力，其比双足足式机器人静态稳定性好，且比六足、八足足式机器人运动简单灵活，因此，四足足式机器人是研究足式机器人的一种常见选择。四足足式机器人的步态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制足式机器人的方法，所述足式机器人包括基座和至少两条机械腿，每条机械腿包括至少一个关节，所述方法包括：响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹，其中，所述第一期望轨迹指示所述足式机器人的质心的期望轨迹；所述第二期望轨迹指示各条机械腿远离所述基座的一端的期望轨迹；基于所述足式机器人对应的动力学模型以及所述第一期望轨迹和第二期望轨迹，控制所述足式机器人与平面接触后各个关节的动作。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹包括：响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，基于所述足式机器人对应的近似模型，来确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹，其中，在所述近似模型中，所述足式机器人被近似为单刚体，并且在所述足式机器人与平面接触的过程中，各条机械腿的合力形成对所述单刚体的向上推力。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一期望轨迹使得以下各项的组合达到极值：所述足式机器人的质心波动量、所述足式机器人受到的冲击力总量、所述足式机器人的下蹲量、所述足式机器人受到的冲击力突变量。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一期望轨迹满足以下各项约束条件：第一约束条件，其指示所述足式机器人接触平面的第一个瞬间所受到的冲击力的大小小于足式机器人能够承受的最大冲击力；第二约束条件，其指示所述足式机器人受到的冲击力小于所述平面能够提供的支持力的上限，并大于所述平面能够提供的支持力的上限；第三约束条件，其指示所述足式机器人的质心的高度始终大于最低高度。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应于确定所述足式机器人下落至与平面接触，确定所述足式机器人对应的第一期望轨迹和第二期望轨迹包括：在单条机械腿与平面接触的瞬时时刻，确定所述单条机械腿远离所述基座的一端与平面接触的位置，所述位置作为所述机械腿对应的第二期望轨迹并在各个时间步保持不变；基于第一期望轨迹，确定其余机械腿远离所述基座的一端的运动轨迹，所述运动轨迹作为其余机械腿对应的第二期望轨迹。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述基于第一期望轨迹确定其余机械腿远离所述基座的一端的运动轨迹包括：在单条机械腿与平面接触的瞬时时刻，根据所述瞬时时刻对应的第一期望轨迹，确定其余机械腿的足端位置坐标，将所述足端位置坐标作为所述瞬时时刻对应的足端初始位置；基于第一期望轨迹，确定稳定时刻对应的各条机械腿对应足端位置坐标，其中，在所述稳定时刻，所述足式机器人的质心姿态恢复到与平面平行、四条机械腿完全接触平面、四条机械腿的腿长相等；基于所述瞬时时刻对应的足端初始位置和所述稳定时刻对应的各条机械腿对应足端位置坐标，使用三次样条差值确定所述其余机械腿远离所述基座的一端的运动轨迹。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制所述足式机器人与平面接触后各个关节的动作包括：控制所述足式机器人与平面接触后各个关节的动作，以使得所述足式机器人的单条机械腿先与所述平面接触并保持接触位置不变，其余机械腿依次与所述平面接触，并在接触后始终保持与平面的接触，直至足式机器人的质心达到预期的静止高度。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一期望轨迹指示：在所述足式机器人与平面接触后，所述足式机器人的质心的高度逐渐降低然后逐渐上升。9.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，郑宇，迟万超，张竞帆，
申请(专利权)人：腾讯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：