[发明专利]一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法

权利要求书

1.一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，双足机器人为液压双足机器人，包括躯干、大腿和小腿，躯干和大腿之间以及大腿和小腿之间分均采用液压缸控制，通过液压缸轴的伸长量来控制各关节及腿部运动，机器人躯干内设置惯性导航系统，其水平放置与机器人躯干的腰部，用于采集机器人的姿态数据，通过其反馈的数据调整机器人的姿态，是机器人的上身保持正直，确保机器人步态稳定性，防止机器人跌倒，双足机器人步态稳定性控制方法是基于躯干姿态信息的位置控制策略，躯干姿态信息包括：俯仰角、横滚角以及航向角。

2.如权利要求1所述的一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过一些约束条件生成了完整的步行周期中起始、COP切换、结束的机器人姿态；

步骤2：通过三次样条插值法生成了各关节相对于支撑腿髋关节的参考轨迹；

步骤3：针对实际步行过程中的倾斜问题提出了基于姿态传感器的控制方法。

3.如权利要求2所述的一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，基于躯干俯仰角的稳定性控制包括如下步骤：双足机器人足部相对于固定坐标系的相对运动决定了双足机器人躯干姿态的变化；当双足机器人在运动过程中将要往后失去稳定的时候，机器人躯干的俯仰角是负的为防止双足机器人继续完后运动的趋势，包括：

使双足机器人脚底后侧减少一定的高度，即双足机器人足端绕其踝关节的坐标系进行逆时针旋转；

使双足机器人足端在运动过程中相对本机器人的固定坐标系的运动距离加大。

4.如权利要求3所述的一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，当双足机器人在运动过程中将要往前失去稳定的时候，机器人躯干的俯仰角是正的，为了防止双足机器人继续往前运动的趋势，包括：

使双足机器人脚底前侧减少一定的高度，即双足机器人足端绕其踝关节的坐标系进行顺时针旋转；

使双足机器人足端在运动过程中相对于本机器人的固定坐标系的运动距离减小。

5.如权利要求2所述的一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，基于躯干横滚角的稳定性控制，包括如下步骤：

在双足机器人步行运动的起步阶段，双足机器人左右两腿的抬高高度逐步增加，两腿落地时候受到地面的冲击力也不同，这样会使得双足机器人躯干的横滚角的变化范围比较大，因此在此阶段并不采用基于横滚角的稳定性控制策略；

在双足步行阶段，双足机器人稳定运动时，躯干的横滚角及横滚角速度是一定的副值范围内进行周期性的趋势运动；

当双足机器人失去稳定，则躯干的横滚角及其横滚角速度在副值以及波动周期都会发生明显的变化；

在双足机器人步行阶段可以根据躯干横滚角和横滚角速度的副值的变化来相应的改变双足机器人两腿的高度，以此来维持稳定步行运动。

6.如权利要求2所述的一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，其特征在于，位置控制策略包括：踝策略、髋策略、跨步策略以及安全倒策略；

踝策略，外部扰动后，身体的质心投影位置COM依然在脚掌范围内，则通过扭动脚掌踝关节将身体控制回原位；

髋策略，当COM超过脚掌范围，则通过髋关节的作用，身体的扭动将身体拉回原位；

跨步策略，当扰动过大超过髋关节策略的应对范围，则通过迈步的方式在下一步把身体的运动状态控制回来；

安全倒策略，当扰动过大超出跨步策略的应对范围，机器人的摔倒不可避免，则及时将机器人调整到一个安全的状态，以避免机器人倒地时受损或者过度受损。