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申请/专利权人：山东大学

摘要：本发明提出了人形机器人反应式脚步规划和运动控制方法及系统，涉及机器人扰动控制技术领域。包括获取外部控制速度，计算人形机器人运动步长和方向；建立人形机器人线性倒立摆模型，得到扰动后人形机器人的足迹补偿；基于人形机器人运动步长和方向、结合足迹补偿，生成人形机器人的多个立足点，基于多个立足点，得到参考零力矩点规划轨迹；基于参考零力矩点规划轨迹，结合人形机器人反馈的零力矩点规划轨迹，预测期望零力矩点规划轨迹；基于期望零力矩点规划轨迹，结合逆运动学，得到人形机器人各个关节所需的关节角度，对扰动后的人形机器人进行运动控制。本发明增强了仿人机器人运动对抗外部干扰的鲁棒性。

主权项：1.人形机器人反应式脚步规划和运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取外部控制速度，计算人形机器人运动步长和方向；建立人形机器人线性倒立摆模型，基于线性倒立摆模型的周期性运动特性和轨迹能量守恒，结合扰动后线性倒立摆模型稳定性恢复的条件，得到扰动后人形机器人的足迹补偿；基于人形机器人运动步长和方向、结合足迹补偿，生成人形机器人的多个立足点，基于多个立足点，得到参考零力矩点规划轨迹；基于参考零力矩点规划轨迹，结合人形机器人反馈的零力矩点规划轨迹，预测期望零力矩点规划轨迹；基于期望零力矩点规划轨迹，结合逆运动学，得到人形机器人各个关节所需的关节角度，对扰动后的人形机器人进行运动控制；所述人形机器人运动步长和方向，具体为： ；其中，和分别表示人形机器人的矢状轴和冠状轴；为所述外部控制速度，和分别表示人形机器人在矢状面和冠状面的速度，表示机器人的转向速度；为支撑时间,是一个支撑脚切换到下一个支撑脚切换的时间；和分别为机器人在和方向上的步长，是每一步的旋转角度；扰动后人形机器人的足迹补偿，具体计算过程为：设定人形机器人的步态周期，确定在一个步态周期内人形机器人的左脚和右脚各充当支撑脚；基于在没有扰动的情况下、当人形机器人支撑点不变时，线性倒立摆模型的轨迹能量守恒，计算得到人形机器人的换脚速度；当人形机器人质心在运动过程中受到扰动时，切换支撑脚时质心的位置和速度会发生变化，同时，扰动后下一个脚步点的位置也发生改变，基于扰动后线性倒立摆模型稳定性恢复条件，基于人形机器人的换脚速度，计算得到足迹补偿；设定质心从到的运动构成一个步态周期，、、是倒立摆的支撑脚位置，、、是倒立摆切换支撑脚时CoM的位置，CoM为质心；设定人形机器人质心在运动过程中受到扰动时，切换支撑脚时质心会移动到位置，下一个足迹点位置变为，当下一个支撑时间结束时，质心速度为；，其中，为足迹补偿，分别为机器人在和方向上的足迹补偿，则足迹补偿的计算公式为： ； ； ；其中，和表示切换支撑脚时质心的状态；是支撑脚的位置；为恢复稳定时的换脚速度；，为支撑时间；的计算过程与相同；设第步的立足点定义为，则： ； 和分别为第步时机器人在和方向上的足迹补偿；基于人形机器人线性倒立摆模型的状态方程，构建代价函数并求解最佳落足点，得到期望零力矩点规划轨迹，代价函数具体为： ；其中，为期望零力矩点规划轨迹；为矢状轴方向零力矩点速度；为冠状轴方向零力矩点速度；为参考零力矩点规划轨迹；，为权重系数。

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