CN106564055B - 仿真人机器人稳定性运动规划方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真人机器人稳定性运动规划方法及控制装置，该方法包括：计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值；计算仿真人机器人在该姿势时双脚所围成的多边形区域；判断在该姿势时仿真人机器人的稳定性坐标值是否在仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；若在，则确定仿真人机器人运动至该姿势时是稳定的；若不在，则确定仿真人机器人运动至该姿势时是不稳定的，需对仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至该姿势时的稳定性坐标值位于仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内。本发明能够解决仿真人机器人的运动不稳定性问题。

Description

仿真人机器人稳定性运动规划方法及控制装置

技术领域

本发明属于机器人运动规划领域，特别涉及一种仿真人机器人稳定性运动规划方法及控制装置。

背景技术

机器人能够代替人完成许多工作，尤其是极端恶劣环境下的工作或者是枯燥乏味重复性的工作，因此成为近几十年来研究的热点。随着科技的不断进步，机器人在工业、军事、生活中的应用越来越多，在社交、医疗、比赛等领域中，机器人的使用数量也在逐年增加，在各种机器人当中，仿真人机器人在工作中更具灵活性。例如，仿真人机器人的手臂运动一般是按照人的运动参数规划的，人在做一个伸手动作时，首先计算肩关节、肘关节、腕关节三个关节的角度、角速度和角加速度，然后程序控制仿真人机器人的肩关节、肘关节、腕关节按照人的角度，角速度和角加速度运动。但是由于仿真人机器人不可能跟人的重量、自由度、关节电机的驱动力完全一样，这样会导致一个问题，若机器人跟人做完全一样的动作时，人可能是运动稳定的，而机器人可能不是运动稳定的。

发明内容

本发明提供了一种仿真人机器人稳定性运动规划方法及控制装置，能够解决仿真人机器人的运动不稳定性问题。

本发明提供的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种仿真人机器人稳定性运动规划方法，包括：

计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d，所述稳定性坐标值X_d，Y_d根据第一公式获取，所述第一公式为： 其中，n表示将所述仿真人机器人的身体分成n个部分，n>＝2，m_i表示第i部分对应的质量，X_i，Y_i，Z_i表示第i部分在所述姿势时对应的位置坐标值；

计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

若在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的；

若不在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，需对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内。

优选的是，所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，所述需对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内包括：

计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

选取出所产生的影响力为最大的部分；

对所产生的影响力为最大的部分的运动参数进行调整；

判断调整后的所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

若在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的；

若不在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，需对所产生的影响力为最大的部分的运动参数继续进行调整。

优选的是，所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，所述运动参数包括：角度、角速度、和角加速度。

优选的是，所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，所述计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域具体为：

确定在所述姿势时左脚四个点F1、F2、F3和F4的坐标；

确定在所述姿势时右脚四个点F5、F6、F7和F8的坐标；

双脚所围成的多边形区域为点F1、F2、F5、F6、F7、F8、F3和F4所围成的区域。

第二方面，本发明提供了一种仿真人机器人稳定性运动规划控制装置，包括：

第一计算单元，其用于计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值；

第二计算单元，其用于所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

判断单元，其用于判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

确定单元，其用于若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的，若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的；

调整单元，其用于在所述姿势时若所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，调整所述仿真人机器人的运动参数。

优选的是，所述的仿真人机器人稳定性运动规划控制装置，还包括：

第三计算单元，其用于计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

选取单元，其用于选取出所产生的影响力为最大的部分。

本发明至少包括以下有益效果：本发明首先计算仿真人机器人运动至某一姿势时的稳定性坐标值，并计算仿真人机器人在该姿势时双脚所围成的多边形区域，然后判断在该姿势时仿真人机器人的稳定性坐标值是否在仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，用于确定仿真人机器人运动至该姿势时是否是稳定的，在仿真人机器人运动过程中，通过增加该规划控制方法，对机器人的运动稳定性判断增加了一个约束条件，提高了仿真人机器人运动的稳定性，且该方法步骤简单，可操作性强。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法中的仿真人机器人双脚示意图；

图3为本发明一实施例所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法中的仿真人机器人身体分布示意图；

图4、图5为本发明又一实施例所述的仿真人机器人稳定性运动规划控制装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本发明一实施例提供一种仿真人机器人稳定性运动规划方法，用于仿真人机器人稳定性运动规划控制装置，所述装置为具有实现本发明实施例所述方法功能的装置或设备，可以通过在装置或设备中安装相关软件使其具有实现本发明实施例所述方法的功能，如图1所示，所述方法包括：

S101、计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d，所述稳定性坐标值X_d，Y_d根据第一公式获取，所述第一公式为： 其中，n表示将所述仿真人机器人的身体分成n个部分，n>＝2，m_i表示第i部分对应的质量，X_i，Y_i，Z_i表示第i部分在所述姿势时对应的位置坐标值；

其中，如图3所示，是将仿真人机器人的身体分成4部分，机器人除手臂以外的质量为m₁，对应的位置坐标值为X₁，Y₁，Z₁，大臂的质量为m₂，对应的位置坐标值为X₂，Y₂，Z₂，小臂的质量为m₃，对应的位置坐标值为X₃，Y₃，Z₃，手的质量为m₄，对应的位置坐标值为X₄，Y₄，Z₄，每部分所对应的位置坐标值均是指该部分的重心对应的位置坐标值。具体将仿真人机器人的身体分成几部分来计算，本发明不做具体限定，这要根据机器人的实际运动来决定。

S102、计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

其中，所述计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域具体为：如图2所示，确定在所述姿势时左脚四个点F1、F2、F3和F4的坐标；确定在所述姿势时右脚四个点F5、F6、F7和F8的坐标；双脚所围成的多边形区域为点F1、F2、F5、F6、F7、F8、F3和F4所围成的区域。

S103、判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

S104、若在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的；

S105、若不在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，继续执行S106；

S106、对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内。

其中，所述需对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内包括：

S1、计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

S2、选取出所产生的影响力为最大的部分；

S3、对所产生的影响力为最大的部分的运动参数进行调整；

其中，所述本发明实施例调整的对象是在仿真人机器人运动过程中，对其产生的作用力最大的那一部分，只要对这一部分的运动参数稍微进行调整，就可使机器人保持稳定。

S4、判断调整后的所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

若在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的

若不在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，需对所产生的影响力为最大的部分的运动参数继续进行调整。

其中，所述运动参数包括：角度、角速度、和角加速度。

需要说明的是，由于仿真人机器人的手臂运动一般是按照人的运动参数规划的，例如，人在做一个伸手动作时，首先计算肩关节、肘关节、腕关节，三个关节的角度，角速度和角加速度，然后程序控制仿真人机器人的肩关节、肘关节、腕关节按照人的角度，角速度和角加速度运动。当确定仿真人机器人的运动不稳定时，对仿真人机器人的运动参数进行调整，该方法简便，效率高。

本发明的又一实施例提供的仿真人机器人稳定性运动规划控制装置50，包括：如图4所示，

第一计算单元51，其用于计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值；

第二计算单元52，其用于计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

判断单元53，其用于判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

确定单元54，其用于若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的，若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的；

调整单元55，其用于在所述姿势时若所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，调整所述仿真人机器人的运动参数，其中，调整的运动参数包括：角度、角速度、和角加速度。

进一步的，所述的仿真人机器人稳定性运动规划控制装置50，还包括：如图5所示，

第三计算单元56，其用于计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

选取单元57，其用于选取出所产生的影响力为最大的部分。

其中，需要说明的是，当选取单元57选取出所产生的影响力为最大的那部分后，所述调整单元对所产生的影响力为最大的那部分的运动参数进行调整，不需要对所有部分的运动参数进行调整。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种仿真人机器人稳定性运动规划方法，其特征在于，包括：

计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d，所述稳定性坐标值X_d，Y_d根据第一公式获取，所述第一公式为： 其中，n表示将所述仿真人机器人的身体分成n个部分，n>＝2，m_i表示第i部分对应的质量，X_i，Y_i，Z_i表示第i部分在所述姿势时对应的位置坐标值；

计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

若在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的；

若不在，则确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，需对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内。

2.如权利要求1所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，其特征在于，所述需对所述仿真人机器人的运动参数进行调整，使调整后的仿真人机器人在运动至所述姿势时的稳定性坐标值X_d，Y_d位于所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内包括：

计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

选取出所产生的影响力为最大的部分；

对所产生的影响力为最大的部分的运动参数进行调整；

判断调整后的所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

若在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的；

若不在，则确定调整后所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的，需对所产生的影响力为最大的部分的运动参数继续进行调整。

3.如权利要求2所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，其特征在于，所述运动参数包括：角度、角速度、和角加速度。

4.如权利要求1所述的仿真人机器人稳定性运动规划方法，其特征在于，所述计算所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域具体为：

确定在所述姿势时左脚四个点F1、F2、F3和F4的坐标；

确定在所述姿势时右脚四个点F5、F6、F7和F8的坐标；

双脚所围成的多边形区域为点F1、F2、F5、F6、F7、F8、F3和F4所围成的区域。

5.一种仿真人机器人稳定性运动规划控制装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，其用于计算仿真人机器人运动至一姿势时的稳定性坐标值；

第二计算单元，其用于所述仿真人机器人在所述姿势时双脚所围成的多边形区域；

判断单元，其用于判断在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值是否在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内；

确定单元，其用于若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是稳定的，若在所述姿势时所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，确定所述仿真人机器人运动至所述姿势时是不稳定的；

调整单元，其用于在所述姿势时若所述仿真人机器人的稳定性坐标值不在所述仿真人机器人的双脚所围成的多边形区域内，调整所述仿真人机器人的运动参数。

6.如权利要求5所述的仿真人机器人稳定性运动规划控制装置，其特征在于，还包括：

第三计算单元，其用于计算所述仿真人机器人运动至所述姿势时，每个部分所产生的影响力；

选取单元，其用于选取出所产生的影响力为最大的部分。