[发明专利]一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法

说明书

本发明公开了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。通过调节腰部关节来调整上身姿态，以达到消除机器人上身姿态晃动的目的。

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，更具体的说是涉及一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法。

背景技术

仿人机器人是一个多自由度、非线性、具有复杂运动学、动力学特性的系统。对于仿人机器人的研究经历了从双足到仿人型、从静态到动态行走与操作、从平面移动到不平地面行走的艰难过程。它的双腿结构跟人类似，较传统的轮式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的接触点的场合更体现出优越性。但是双足机器人有本质不稳定的特点，容易摔倒。

为了使机器人行走，需要给定机器人的行走轨迹，即动态步态，包括关节机器人各个关节的角度。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。因此，动态步态一般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，双足机器人行走现实环境不可能与设定的环境和条件完全相同，由于机器人周围环境的变化或产生了未知状况，如果机器人机械地按照预先规划好的动态步态完全执行，不对所规划的动态步态进行实时修正和控制，很可能会导致机器人上身晃动，产生不稳定甚至摔倒等异常现象。

因此，如何消除双足机器人的上身姿态晃动是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，对机器人的腰部关节进行控制，消除上身的晃动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；

所述控制方法包括：

获取机器人上身的实际角速度；

基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；

基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；

获取机器人上身的加速度；

基于加速度和期望加速度计算第三修正量；

基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；

基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。

优选的，基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量具体如下：

其中，为腰部关节的期望角速度，ω为腰部关节的实际角速度，K_v为速度反馈增益。

优选的，基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量具体如下：

其中，为机器人上身规划姿态，τ为机器人上身实际姿态，K_p为比例反馈增益。

优选的，基于加速度和期望加速度计算第三修正量具体如下：