【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機(jī)器人，尤其涉及一種雙足機(jī)器人爬坡方法、裝置、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、雙足機(jī)器人的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域中備受關(guān)注的一個方向。雙足機(jī)器人在實際應(yīng)用中經(jīng)常需要面對多樣化的地形，包括坡道、不平整的地表等。坡度的變化、地形的不規(guī)則性以及不同坡度之間的過渡都會增加機(jī)器人的運(yùn)動復(fù)雜性。傳統(tǒng)的雙足機(jī)器人控制方法難以適應(yīng)復(fù)雜地形，爬坡穩(wěn)定性較差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種雙足機(jī)器人爬坡方法、裝置、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的雙足機(jī)器人控制方法難以適應(yīng)復(fù)雜地形，爬坡穩(wěn)定性較差的缺陷。
2、第一方面，本專利技術(shù)提供一種雙足機(jī)器人爬坡方法，包括：
3、確定雙足機(jī)器人的動力學(xué)模型，基于所述動力學(xué)模型和模型預(yù)測控制算法，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，確定所述目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的約束條件；
4、在所述約束條件下對所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到所述雙足機(jī)器人爬坡的腳步位置序列的最優(yōu)解；
5、基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，確定期望姿態(tài)角，基于所述期望姿態(tài)角，得到每一腳步的關(guān)節(jié)速度期望值和關(guān)節(jié)加速度期望值；
6、基于所述每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值、關(guān)節(jié)速度期望值和關(guān)節(jié)加速度期望值，計算每一腳步的控制力矩，根據(jù)所述每一腳步的控制力矩控制所述雙足機(jī)器人爬坡行走。
7、在一些實施例中，所述基于所述動力學(xué)模型和模型預(yù)測控制算法，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，包括：
8、基于所述動力學(xué)
9、基于所述模型預(yù)測控制算法和所述每一步的期望狀態(tài)值，構(gòu)建所述目標(biāo)函數(shù)。
10、在一些實施例中，所述目標(biāo)函數(shù)的計算公式如下：
11、；
12、；
13、其中，表示代價函數(shù)值，表示腳步位置序列，表示第n步，，表示預(yù)測步數(shù)，表示第i次預(yù)測，表示每步的預(yù)測次數(shù)，表示第n步第i次預(yù)測的狀態(tài)值，表示第n步的期望狀態(tài)值，表示第n步第i次預(yù)測的狀態(tài)值與第n步的期望狀態(tài)值之間的誤差，，為的轉(zhuǎn)置矩陣，表示第n步第次預(yù)測的狀態(tài)值與第n步的期望狀態(tài)值之間的誤差，為的轉(zhuǎn)置矩陣，和為預(yù)設(shè)權(quán)重矩陣。
14、在一些實施例中，所述動力學(xué)模型的表達(dá)式為：
15、；
16、其中，為所述雙足機(jī)器人的質(zhì)量，表示所述雙足機(jī)器人的質(zhì)心的高度，、分別表示所述雙足機(jī)器人的腳相對于質(zhì)心的x、y軸距離，、分別表示所述雙足機(jī)器人在x、y軸方向的角動量，為的導(dǎo)數(shù)，為的導(dǎo)數(shù)，為的導(dǎo)數(shù)，為的導(dǎo)數(shù)，為重力加速度；
17、所述每一步的期望狀態(tài)值的計算公式如下：
18、；
19、；
20、其中，表示第n步的期望狀態(tài)值，表示預(yù)設(shè)的第n步在y軸方向的期望角動量，表示單步運(yùn)行時間，表示預(yù)設(shè)的第n步的期望步長，為控制參數(shù)，為雙曲正切函數(shù)，為中間量。
21、在一些實施例中，所述基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，包括：
22、基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)空間變化量；
23、基于所述每一腳步的關(guān)節(jié)空間變化量和每一腳步的關(guān)節(jié)位置，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值。
24、在一些實施例中，所述基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)空間變化量，包括：
25、基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，得到每一腳步的姿態(tài)期望值；
26、基于每一腳步的姿態(tài)期望值，確定每一腳步的關(guān)節(jié)空間變化量。
27、在一些實施例中，所述確定期望姿態(tài)角包括：
28、確定不同坡度下所述雙足機(jī)器人最佳的期望姿態(tài)，得到坡度與期望姿態(tài)角的映射關(guān)系；
29、確定當(dāng)前坡度，基于所述坡度與期望姿態(tài)角的映射關(guān)系和當(dāng)前坡度，確定當(dāng)前坡度下所述雙足機(jī)器人的期望姿態(tài)角。
30、第二方面，本專利技術(shù)還提供一種雙足機(jī)器人爬坡裝置，包括：
31、構(gòu)建單元，用于確定雙足機(jī)器人的動力學(xué)模型，基于所述動力學(xué)模型和模型預(yù)測控制算法，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，確定所述目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的約束條件；
32、求解單元，用于在所述約束條件下對所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到所述雙足機(jī)器人爬坡的腳步位置序列的最優(yōu)解；
33、確定單元，用于基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，確定期望姿態(tài)角，基于所述期望姿態(tài)角，得到每一腳步的關(guān)節(jié)速度期望值和關(guān)節(jié)加速度期望值；
34、控制單元，用于基于所述每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值、關(guān)節(jié)速度期望值和關(guān)節(jié)加速度期望值，計算每一腳步的控制力矩，根據(jù)所述每一腳步的控制力矩控制所述雙足機(jī)器人爬坡行走。
35、第三方面，本專利技術(shù)還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如上述任一種所述雙足機(jī)器人爬坡方法。
36、第四方面，本專利技術(shù)還提供一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述雙足機(jī)器人爬坡方法。
37、本專利技術(shù)提供的一種雙足機(jī)器人爬坡方法、裝置、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)，通過確定雙足機(jī)器人的動力學(xué)模型，將其與模型預(yù)測控制算法結(jié)合，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)并確定約束條件，對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到雙足機(jī)器人爬坡的腳步位置序列的最優(yōu)解，基于腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，根據(jù)期望姿態(tài)角，得到每一腳步的關(guān)節(jié)速度期望值和關(guān)節(jié)加速度期望值，計算每一腳步的控制力矩，進(jìn)而可以通過控制力矩控制雙足機(jī)器人爬坡行走，提高了雙足機(jī)器人在爬坡行走中的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。
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1.一種雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述基于所述動力學(xué)模型和模型預(yù)測控制算法，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)的計算公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3任一項所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述動力學(xué)模型的表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)空間變化量，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述確定期望姿態(tài)角包括：
8.一種雙足機(jī)器人爬坡裝置，其特征在于，包括：
9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)
10.一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述雙足機(jī)器人爬坡方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述基于所述動力學(xué)模型和模型預(yù)測控制算法，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)的計算公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3任一項所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述動力學(xué)模型的表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征在于，所述基于所述腳步位置序列的最優(yōu)解和整體控制算法，確定每一腳步的關(guān)節(jié)位置期望值，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙足機(jī)器人爬坡方法，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：白冀鶴，陳紫渝，高潔，鐘汕林，胡睿，喬紅，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院自動化研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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