[发明专利]一种小型双足机器人的步态行走规划的控制系统

说明书

本发明公开了一种小型双足机器人的步态行走规划的控制系统，属于自动控制技术领域，CPU连接有USB，CPU连接有蓝牙，CPU连接有电源模块，CPU与SD卡连接，CPU连接有串口驱动舵机，CPU连接有功放驱动喇叭。本发明通过此双足机器人控制系统结构简单，适用一切用双足行走的机器人的控制系统，此双足机器人控制系统可移植性方便，作为一套软硬件系统，可直接移植到适合的机械结构内，通过上位机软件便捷机器人的步态动作或舞蹈动作，给一般用户二次设计方便快捷，且稳定可靠。

技术领域

本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种小型双足机器人的步态行走规划的控制系统，属于自动控制技术领域。

背景技术

本发明主要以一种与小型双足机器人为技术背景，该型机器人采用串行舵机为机器人各个关节提供动力，在机器人行走过程中，多自由度关节协同工作的情况特别频繁，当关节自由度超过20个时，机器人踝关节、膝关节、髋关节以及手臂关机等各个电机协同控制时实现稳定的行走步态控制算法复杂，可移植性差，想要实现机器人的一套新的动作，需要修改大量算法。因此发明一种适用于电机驱动的小型双足机器人的步态行走刮花的控制系统用以解决上述问题，是与小型双足机器人开发过程中必不可少的部分。

若采用传统的步进电机作为机器人的关机电机，首先每个关机需要一个驱动器、减速机构，其次每个关节的步进电机的控制信号线有4-6根，作为一个拥有20关机自由度的机器人系统的接线需要80-120根，如此系统过于复杂，且会增大双足机器人的体积和重量，有违小型双足机器人轻便灵巧的设计初衷，且会严重影控制系统的稳定性能，因此不可采用传统步进电机的方式。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种小型双足机器人的步态行走规划的控制系统，此双足机器人控制系统结构简单，适用一切用双足行走的机器人的控制系统。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种小型双足机器人的步态行走规划的控制系统，包括CPU和SD卡，CPU连接有USB，CPU连接有蓝牙，CPU连接有电源模块，CPU与SD卡连接，CPU连接有串口驱动舵机，CPU连接有功放驱动喇叭。

优选的，所述CPU采用STM32F103系列MCU为主控芯片，且CPU采用传统的arm内核，所述CPU采用uart串口，与特殊的三线制串行舵机采用串口通信，所述上位机通过蓝牙与控制系统通信，且上位机软件基于QT开发。

优选的，所述双足机器人控制系统算法包括以下步骤：

步骤1：设定平地行走的步行参数；

步骤2：根据步骤1中的参数建立二维侧立摆模型；

步骤3：规划机器人质心的轨迹，规划机器人摆动腿踝关节的轨迹；

步骤4：通过逆运动学计算各关节角的变化；

步骤5：通过正运动学实现机器人的平地行走，并检测行走的稳定性。

优选的，所述步骤3中，规划机器人质心的轨迹采用二维倒立摆模型，将机器人腿简化为一个伸缩杆，并假设腿质量为零，机器人近似为一个质心，且可以绕支撑点O转动，通过这两部分组成倒立摆模型。

优选的，所述模型中，机器人的运动由简化的质心COG的运动来代替，机器人质心在前向平面内的运动方程为：

ma_τ＝mg sinθ

其中，切向加速度

推导出：

已知质心高度l＝1m，求解方程得：

θ(t)＝c₁/e^kt+c₂e^kt