(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210948202.3 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 左伟龙　高峻峣　曹靖威　穆天　 金鸣岳　辛稀龙　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制 方法 (57)摘要 本发明公开了一种仿人机器人爬行轨迹规 划及运动控制方法， 建立仿人机器人左腿髋关 节、 右腿髋关节、 左手臂肩关节和右手臂肩关节 的振荡器模型表达式， 进而求得状态变量的值， 以状态变量的值作为关节轨迹值， 分别乘上幅值 系数， 得到机器人爬行过程中所有关节的轨迹； 在机器人爬行过程中， 确定腰关节参考轨迹值， 实现对机器人爬行过程中的方向控制。 本发明只 建立仿人机器人左腿髋关节、 右腿髋关节、 左手 臂肩关节和右 手臂肩关节的振荡器模 型， 并求得 各关节轨迹， 减少了运算量； 在仿人机器人爬行 运动控制过程中， 只确定腰关节参考轨迹值， 实 现对机器人爬行过程中的方向控制， 减少机器人 能耗， 提高控制速度。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115256391 A 2022.11.01 CN 115256391 A 1.一种仿人机器人爬行轨 迹规划及运动控制方法， 其特 征在于： 建立仿人机器人左腿髋关节、 右腿髋关节、 左手臂肩关节和右手臂肩关节的振荡器模 型表达式， 进而求得状态变量xi和yi的值， 以xi或yi的值作为关节轨迹值， 分别乘上幅值系 数， 得到机器人爬行过程中所有关节的轨迹； 其中： i、 j＝1， 2， 3， 4， 分别表 示左手臂肩关节、 右手臂肩关节、 右腿髋关节、 左腿髋关节； 在机器人爬行 过程中， 确定 腰关节参 考轨迹值， 实现对机器人爬行 过程中的方向控制。 2.根据权利要求1所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， 所述 振荡器模型表达式为： 其中： α表示振荡器收敛到极限环的速度， μ表示振荡器的幅值， r表示极限环的半径， w 表示振荡器的频率， θji表示左手臂肩关节、 右手臂肩关节、 右腿髋关节、 左腿髋 关节之间的 相对角度， R表示旋转矩阵； 由于： ri2＝xi2+yi2 求得状态变量xi和yi的值； 其中： wsw和wst分别表示摆动相、 支撑相的频率， a表示机器人 的移动速度， β 表示占空比， 表示关节相位。 3.根据权利要求1所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， 确定 腰关节参 考轨迹值， 具体为： 其中： 表示修改过的机器人腰关节参考轨迹值， 表示腰关节旋转角度的参考 值， 表示腰关节旋转的补偿量， 表示机器人上身与水平方向的夹角， kp和kd分别是 PD控制对应的系数值。 4.根据权利要求3所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， 所述 kp和kd分别满足：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115256391 A 2其中： I为倒立摆的惯性矩， m0为机器人腰关节到头部的质量， l0为机器人腰关节到头部 的长度， ξ 为二阶系统的阻尼比， wn为振荡器的频率， g是重力加速度， FN是手臂在爬行过程中 与地面的碰撞力。 5.根据权利要求4所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， kp和 kd的表达式是根据二阶系统分析 得到的。 6.根据权利要求1所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， 所述 左腿髋关节、 右腿髋关节、 左手臂肩关节和右手臂肩关节为机器人关节第一层， 所述机器人 关节第一层还 包括腰旋转关节， 且第一层的关节采用全向耦合连接 。 7.根据权利要求6所述的仿人机器人爬行轨迹规划及运动控制方法， 其特征在于， 所述 机器人关节第二层包括左腿膝关节、 右腿膝关节、 左手臂肘关节和右手臂肘关节， 且第二层 的关节采用单项 耦合连接 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115256391 A 3