1.一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,实现单个仿人足球机器人针对其视野范围内足球的踢球动作,其特征在于,包括如下步骤:步骤A.获得以足球所在位置为圆心,偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置,并获得仿人足球机器人所在位置分别相对各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick,进而获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置,作为最佳踢球点位置,然后进入步骤B;
步骤B.获得仿人足球机器人踢球腿上足部踝关节对应踢球动作过程中的至少三个三维空间位置,其中,所获各个足部踝关节三维空间位置至少包括仿人足球机器人双腿站立时踢球腿上足部踝关节三维空间位置、后抬腿至最高点时踢球腿上足部踝关节三维空间位置和踢球腿接触足球时踢球腿上足部踝关节三维空间位置,然后进入步骤C;
步骤C.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点,基于贝塞尔曲线,利用样条插值法,获得仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t),然后进入步骤D;
步骤D.根据踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t),获得臀部关节坐标系下足部位姿矩阵 并进而获得臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵 然后进入步骤E;
步骤E.根据臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵 获得膝关节偏移角θknee、踝关节偏转角θanklePitch、踝关节转动角θankleRoll、髋关节俯仰角θhipYaw、髋关节滚动角θhipRoll和髋关节偏转角θhipPitch,然后进入步骤F;
步骤F.控制仿人足球机器人行走至最佳踢球点位置,并根据所获膝关节、踝关节、髋关节的各个角度,控制仿人足球机器人针对足球执行踢球动作。
2.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,其特征在于,所述步骤A具体包括如下步骤:
步骤A01.获得以足球所在位置为圆心,偏移R为半径的圆环上的各个待测踢球点位置,并进入步骤A02;
步骤A02.分别针对各个待测踢球点位置,首先获得仿人足球机器人所在位置与待测踢球点位置之间的连线,再获得仿人足球机器人朝向方向与该连线之间的夹角大小,接着根据该夹角大小与2π的比值,获得仿人足球机器人对应该待测踢球点位置的转身代价值,进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的转身代价值Cturn,然后进入步骤A03;
步骤A03.分别针对各个待测踢球点位置,首先获得以仿人足球机器人所在位置为起点,待测踢球点位置为终点的向量,接着根据该向量的模,获得仿人足球机器人对应该待测踢球点位置的距离代价值,进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的距离代价值Cdist,然后进入步骤A04;
步骤A04.根据预设距离代价值权重ωd和预设转身代价值权重ωt,分别针对各个待测踢球点位置,按如下公式(3)执行,
CKick=ωtCturn+ωdCdist (3)进而获得仿人足球机器人分别对应各个待测踢球点位置的踢球代价值CKick,然后进入步骤A05;
步骤A05.针对各个待测踢球点位置,获得最小踢球代价值所对应的待测踢球点位置,作为最佳踢球点位置,然后进入步骤B。
3.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,其特征在于,所述步骤C具体包括如下步骤:
步骤C01.将所获仿人足球机器人各个踢球腿上足部踝关节三维空间位置作为各个插值点,获得各个插值点分别对应于踢球动作过程中的各个时间点t1、…、tn,其中,n为插值点的个数,然后进入步骤C02;
步骤C02.根据各个插值点分别所对应足部踝关节各个三维空间位置S(t1)、…、S(tn),构建如下公式(5):
其中,Tj表示tj至tj+1之间的时长,tj∈{t1、…、tn},tj+1∈{t1、…、tn},Gj与Gj+1通过如下公式(6)、(7)获得;
将公式(6)和公式(7)所表示的Gj与Gj+1代入到公式(5),并令初态S'(t)=0,终态S”(t)=0,如(8)所示,解得an、b1、d1、dn;
由此,根据公式(5),获得仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)。
4.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,其特征在于,所述仿人足球机器人踢球腿对应于踢球动作过程的踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t)包括仿人足球机器人双腿站立时踢球腿足部踝关节三维空间位置至后抬腿最高点时足部踝关节三维空间位置之间运动曲线,仿人足球机器人踢球腿后抬腿最高点时足部踝关节三维空间位置至踢球腿接触足球时足部踝关节三维空间位置之间运动曲线,以及仿人足球机器人踢球腿接触足球时足部踝关节三维空间位置至双腿站立时足部踝关节三维空间位置之间运动曲线。
5.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,其特征在于,所述步骤D包括如下步骤:
步骤D01.根据踢球腿足部踝关节三维空间运动曲线S(t),获得臀部关节坐标系下足部位姿矩阵 然后进入步骤D02;
步骤D02.根据臀部关节坐标系下足部位姿矩阵 按如下公式(9):
获得臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵 然后进入步骤E,其中,ld为仿人足球机器人两条腿之间的距离, 表示沿着x轴旋转 表示沿着y轴平移
6.根据权利要求1所述一种基于贝塞尔曲线插值的仿人足球机器人踢球方法,其特征在于,所述步骤E包括如下步骤:
步骤E01.根据仿人足球机器人大腿长lthigh、小腿长llowerleg、臀部滚动关节坐标系下足部位姿矩阵 的平移矢量,以及仿人足球机器人踢球腿后抬腿时大腿根与足部踝关节之间连线长ltrans,按如下公式(10)、(11)和(12):
θankleRoll=atan2(y,z) (12)计算获得膝关节偏移角θknee、踝关节偏移角θanklePitch、踝关节转动角θankleRoll,然后进入步骤E02,其中,(x,y,z)表示 的平移矢量的分量,atan2(y,x)表示点(x,y)与坐标系原点之间连线和x轴之间的夹角;
步骤E02.构建公式(13)
其中,θhipYaw表示髋关节俯仰角,θhipRoll表示髋关节滚动角,θhipPitch表示髋关节偏转角,Sx代表sinθhipRoll,Sy代表sinθhipPitch,Sz代表sinθhipYaw,Cx代表cosθhipRoll,Cy代表cosθhipPitch,Cz代表cosθhipYaw, 用式(14)(15)确定:
根据公式(14)和公式(15),针对(13)求解,获得髋关节俯仰角θhipYaw、髋关节滚动角θhipRoll和髋关节偏转角θhipPitch。