简介
仿人机器人快速行走的关键问题之一是双足步行运动规划及其仿真。双足步行运动规划目前普遍采用足迹规划和关节轨迹规划的方法,很少考虑到多步间的动力学约束关系,既不能降低高昂的算法代价,又难以发挥仿人机器人的快速步行潜力。 本项目提出面向快速行走的步行运动规划方法,考虑步幅衔接动力学约束,将传统的足迹规划问题划分为路径规划和路径跟随两个子问题,以最快跟随路径为目标,结合关节轨迹规划形成三层运动规划框架。提出了适应于该框架的全向移动小车复合动力学模型。根据该运动规划方法构建了仿人机器人步行运动仿真平台,并通过仿真与实验方式验证方法有效性。
本项目提出的全方位移动小车模型这一简化动力学模型,把轮式机器人的动力学模型全向移动小车和仿人机器人的简化动力学模型三维线性倒立摆结合在一起,具有相当的创新性。全方位运动小车模型经过积分离散化及近似后得到的步幅约束公式,能够较为合理的描述快速步行期间的各项动力学特征,同时又比多刚体动力学模型大大简化,具有相当的先进性。此外,本项目提出的步行运动规划方法,以路径规划和路径快速跟随替代足迹规划,形成路径规划-路径跟随-关节轨迹三层步行运动规划框架,该方法具有相当的先进性和创新性。
本项目成果还处于应用的初级阶段,其适用性对于仿人机器人的机械结构有一定要求,并不能适用于所有仿人机器人。本项目成果可以解决大部分企业研发仿人机器人过程中存在的步行运动规划这个瓶颈,且能缩短研发周期,节省样机实验时间及成本,因此具有可观的经济效益。目前,已有公司委托本项目团队开发仿人机器人平台,该公司再把该开发成果产业化。在开发该仿人机器人平台过程中,从前期机械设定,到软件开发,试验调试都应用了双足步行运动规划及仿真平台这个项目成果。