[发明专利]仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法和装置。

背景技术

仿人机器人(以下简称机器人)，又称双足机器人，跟人类一样，是靠两条腿的行走实现移动的。它的双腿结构跟人类似，较传统的轮式机器人和履带式机器人有更好的机动性，尤其是在凹凸不平的地面、楼梯以及与地面仅有离散不连续接触点的场合更体现出优越性。

为了使机器人行走，需要预先设定机器人的行走轨迹(动态步态)。机器人的动态步态是一种固有的、周期的运动，是依据双足机器人整体动力学产生的。由于约束条件的耦合性和动力学方程的复杂性，动态步态计算需要一个优化过程。但是，动态步态一般只能通过离线计算方法来实现，也就是说，动态步态一般是在假设双足机器人模型和周围环境已知的情况下生成的。实际上，双足机器人行走的现实环境不可能与设定的环境和条件完全相同，一旦机器人周围环境发生变化，如果机器人机械地按照预先规划好的动态步态完全执行，不对规划的动态步态进行实时修正和控制，很可能会产生不稳定甚至摔倒等异常现象。因此，必须根据当前的环境信息和机器人当前的状态，对规划的动态步态进行修正，克服环境的改变与不确定性，使机器人能在实际环境中稳定行走。

现有技术中，对双足机器人进行稳定控制往往采用基于ZMP(Zero Moment Point，零力矩点)补偿的控制方法，见日本专利出版物NO.1993-305586，主要是通过改变机器人的上身和修正机器人足部位置来实现ZMP补偿。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

基于ZMP补偿的控制方法，机器人模型精度制约补偿效果，需要对机器人的数学模型进行计算，不易求解，而且计算量大，补偿时延大，不利于实时性控制。

发明内容

为了简化计算，减小时延，扩大适用范围，本发明实施例提供了一种仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法和装置。所述技术方案如下：

一种仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法，所述方法包括：

判断当前时刻机器人的脚的状态，所述脚的状态为支撑状态或摆动状态；

根据所述脚的状态计算当前时刻所述机器人的髋关节的修正值；

根据所述修正值计算所述髋关节的伺服参考值，所述伺服参考值用于驱动所述髋关节调节所述机器人的上身姿态。

一种仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的装置，所述装置包括：

判断模块，用于判断当前时刻机器人的脚的状态，所述脚的状态为支撑状态或摆动状态；

第一计算模块，用于根据所述判断模块判断的脚的状态，计算当前时刻所述机器人的髋关节的修正值；

第二计算模块，用于根据所述第一计算模块得到的修正值计算所述髋关节的伺服参考值，所述伺服参考值用于驱动所述髋关节调节所述机器人的上身姿态。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过调节髋关节来调整上身姿态，以达到上身平衡的目的，不需要机器人具体的数学模型，适用范围广，计算简单，时延小，能够实时保持机器人上身的动态平衡。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法流程图；

图2是本发明实施例1提供的机器人步行控制器结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法详细流程图；

图4是本发明实施例2提供的仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的装置结构示意图；

图5是本发明实施例2提供的判断模块结构示意图；

图6是本发明实施例2提供的第一计算模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种仿人机器人稳定行走的上身姿态控制的方法，该方法通过调节髋关节实现仿人机器人的稳定行走，包括：

步骤101：判断当前时刻机器人的脚的状态，脚的状态为支撑状态或摆动状态；

步骤102：根据脚的状态计算当前时刻该机器人的髋关节的修正值；

步骤103：根据该修正值计算该髋关节的伺服参考值，该伺服参考值用于驱动该髋关节调节该机器人的上身姿态。

本实施例通过调节髋关节来调整上身姿态，以达到仿人机器人稳定行走的目的，不需要具体的机器人数学模型，适用范围广，计算简单，补偿时延小，能够实时保持机器人上身的动态平衡。