类人机器人通用动作调试方法
【专利摘要】本发明提供了一种类人机器人通用动作调试方法，通过向机器人的舵机发送命令获得所有的舵机参数数据，通过不断调试，使得机器人舵机实际数据和舵机原始目标数据之间的差距缩小，将优化后舵机目标数据保存，即机器人机械执行结构一个动作调试完毕，获得一组最优动作数据。本发明是一个通用的独立调试方法，具有很强的通用性，由于采取了机器人舵机执行结果实时数据读回技术，该技术使机器人动作调试变得有目的有方向性，而不是传统的依靠经验来调试，采用了三次样条插值技术，大大优化了机器人的动作，使机器人动作稳定流畅。
【专利说明】类人机器人通用动作调试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人领域，尤其是类人机器人的控制。
【背景技术】
[0002] 类人形机器人能够代替人类完成各种作业，并在很多方面可以扩展人类的能力， 在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域得到广泛应用。我国在类人机器人方面做了大量研究， 并取得了很多成果。比如国防科技大学研制成了双足步行机器人，北京航空航天大学研制 成了多指灵巧手，哈尔滨工业大学、西北工业大学等也在这方面做了大量深入的工作。
[0003] 现阶段，各研发单位在类人机器人动作开发调试过程中主要使用以下两种方法： 第一，人工手动调试，这种方法主要依靠有丰富调试经验的工作人员手动更改控制参数来 进行调试，既费时又费力，调试出的动作还不够流畅、稳定；第二，借助类人机器人动作开发 调试平台进行动作调试，现在市场上的类人机器人动作开发调试平台多是和机器人产品相 互绑定，通用性不强，并且开发平台都是开环控制，控制系统无法及时获知机器人实际运动 情况，也就无法做到使机器人在实际环境中运动自如。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种类人机器人通用动作调试方法。
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的耗时长、通用性差、无法实时反馈的缺陷，本 发明具有很强的通用性。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0007] (1)调试人员将机器人摆为一个动作当中的任意姿势，定义为该动作的初始姿势， 然后向机器人的所有舵机发送读取舵机参数命令，获得机器人所有的舵机参数数据，舵机 参数数据包括舵机自己的ID号和舵机所转动的角度值，把机器人该动作的初始姿势时舵 机所转动的角度值叫做初始角度值；
[0008] (2)调试人员将机器人的动作摆为步骤（1)中该动作的最后一个姿势，定义该姿 势为动作的结束姿势，然后再次向机器人的所有舵机发送读取舵机参数命令，获得机器人 动作结束时所有的舵机参数数据，把机器人动作结束姿势时舵机所转动的角度值叫做结束 角度值；
[0009] (3)调试人员设定该动作从开始到结束所需要的时间为T，为了方便后续计算，我 们假定动作开始的时刻为h，则动作结束的时刻为tfT ;
[0010] (4)分别对机器人每一个舵机的初始角度值和结束角度值进行三次样条插值处 理，三次样条插值约束条件选为转角边界条件，转角边界条件如下 ：
[0011]
【权利要求】
1. 一种类人机器人通用动作调试方法，其特征在于包括下述步骤： (1) 调试人员将机器人摆为一个动作当中的任意姿势，定义为该动作的初始姿势，然后 向机器人的所有舵机发送读取舵机参数命令，获得机器人所有的舵机参数数据，舵机参数 数据包括舵机自己的ID号和舵机所转动的角度值，把机器人该动作的初始姿势时舵机所 转动的角度值叫做初始角度值； (2) 调试人员将机器人的动作摆为步骤（1)中该动作的最后一个姿势，定义该姿势为 动作的结束姿势，然后再次向机器人的所有舵机发送读取舵机参数命令，获得机器人动作 结束时所有的舵机参数数据，把机器人动作结束姿势时舵机所转动的角度值叫做结束角度 值； (3) 调试人员设定该动作从开始到结束所需要的时间为T，为了方便后续计算，我们假 定动作开始的时刻为h，则动作结束的时刻为h+T ; (4) 分别对机器人每一个舵机的初始角度值和结束角度值进行三次样条插值处理，三 次样条插值约束条件选为转角边界条件，转角边界条件如下：
(1) s(t)为插值后的机器人舵机角度值对时间t的函数，s'（t)为s(t)对时间t的导数， 公式（1)中，tfO是一种逼近h右极限的表示方法，即在时间轴t上无限向右逼近h，相应 的tQ+T-0为在时间轴t上无限向左逼近t Q+T，所以s'（tQ+0)为机器人舵机角度值在tQ+0 时刻的导数值，假设这个值为1?，而s'（h+T-O)为机器人舵机角度值在h+Τ-Ο时刻的导数 值，假设这个值为m n; (5) mQ和mn值的计算公式为：
(2) 公式（2)中sUJ为舵机初始角度值，sUfT)为舵机结束角度值； (6) 由步骤（4)和步骤（5)可以得到三次样条插值而成的机器人舵机角度值对于时 间的平滑曲线，设置k值，k为机器人完成这个动作所需要播发的帧数据组数，2,将 动作所需的时间k-Ι等分，每一份时间为IV (k-Ι)，则每个时间等分点处的舵机角度值为
，将每个时间等分点处的舵机角度值以及该等分时间点的舵 机的ID号存储起来形成原始舵机目标数据； (7) 将步骤（6)得到的原始舵机目标数据按照如下方式播发：如果机器人在时间
1播发舵机目标数据，每一个T/(k-l)时刻为一巾贞，则在时间
时刻，机器人播发一组舵机读回指令，用来读取机器人在
时刻的舵机角度值以及舵机的ID号，获得机器人的舵机位置， 也称为机器人的运行结果数据，并保存读取的机器人的运行结果数据；保存之后播发下一 帧舵机目标数据，直至所有舵机目标数据发送完毕，同时也得到了在每一个时间等分点处 的舵机实际运行数据； (8) 比较步骤￠)中所获得的原始舵机目标数据和步骤（7)中所获得的舵机实际运行 数据，即比较两者的舵机角度值的大小，如果原始舵机目标数据大于舵机实际运行数据，则 增加此处的舵机目标数据，如果原始舵机目标数据小于舵机实际运行数据，则减小此处的 舵机目标数据；减小或增加后的舵机目标数据为新的舵机目标数据，计算方式为： 新的舵机目标数据=(实际运行数据+原始舵机数据）/2 ; (9) 步骤（8)计算出新的舵机目标数据后，用新的舵机目标数据代替步骤（6)中的原始 舵机目标数据，重复执行步骤（7)和步骤（8)，直至机器人舵机实际运行数据和步骤（6)中 三次样条插值得到的舵机原始目标数据之间的舵机角度小于等于1度，将舵机角度小于等 于1度时机器人的舵机目标数据保存，即机器人机械执行结构一个动作调试完毕，获得一 组最优动作数据。
【文档编号】G06F19/00GK104057452SQ201410305096
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】史豪斌, 宋玉龙, 刘洋洋, 宋家驹 申请人:西北工业大学