6、NAO机器人在线生成动态平衡踢球动作

NAO机器人在线生成动态平衡踢球动作

在机器人足球领域，让机器人完成踢球动作是一项重要任务。为了实现这一目标，需要解决如何生成踢球脚的轨迹以及在执行动作时保持机器人动态平衡的问题。

1. 现有踢球动作设计方法

在设计和执行踢球动作方面，已经有多种方法被开发出来：
- 关键帧插值法 ：手动设置一些关节角度的配置，即关键帧，然后在动作执行过程中对这些关键帧进行插值。这种方法被许多RoboCup标准平台联赛（SPL）的队伍使用，但它完全确定了机器人的运动，无法对变化的需求或外部干扰做出反应。
- 笛卡尔空间关键帧法 ：Czarnetzki等人提出在笛卡尔空间中指定机器人肢体运动的关键帧，而不是在关节空间中。这种方法使机器人的运动具有不确定性，因此可以与控制器结合以保持平衡。
- 分段贝塞尔曲线法 ：Müller等人使用分段贝塞尔曲线在笛卡尔空间中对机器人的手和脚的轨迹进行建模。根据球相对于踢球机器人的位置和期望的踢球方向，修改贝塞尔曲线，使踢球脚能够以期望的方向击球。同时，还包括一个平衡控制器，通过倾斜机器人来保持静态平衡。

2. 本文方法概述

本文将上述方法结合起来，构建了一个运动引擎，用于生成和执行动态平衡的踢球动作。该方法不需要事先对肢体轨迹进行建模，也不需要预先记录的关键帧进行插值。踢球脚的轨迹是根据球的位置、踢球方向和踢球强度推断出的多个参考姿势之间的插值，使用的样条曲线具有连续二阶导数，确保踢球脚的轨迹加速度没有突然跳跃。机器人的其他肢体则用于保持动态平衡，即通过逆动力学的解来计算零力矩点（ZMP），并将其保