[发明专利]一种基于磁流变液脚底板的双足机器人稳定行走控制方法

说明书

本发明公开了一种基于磁流变液脚底板的双足机器人稳定行走控制方法。控制器由机器人迈步时间确定机器人处于单脚支撑期还是双脚支撑期；工控机向支撑腿脚板上的线圈绕组发送强电流控制信号，在脚板内形成强磁场；由于脚板内部装有磁流变液体，磁流变液体在强磁场环境下呈现出宾汉体特性，使得支撑腿的脚板在遇到障碍物时保持稳定；对机器人进行姿态调整，实现机器人的稳定行走。本发明可以很大程度上减小脚板与地面碰撞时产生的冲击，使得双足机器人能够适应不平整地面，实现稳定行走控制。

技术领域

本发明属于双足机器人行走控制技术领域，具体涉及一种基于磁流变液脚底板的双足机器人稳定行走控制方法。

背景技术

双足机器人能够在非结构化环境中实现稳定行走，是双足机器人走向实际应用的重要前提。目前双足机器人不平整地面行走控制大多是对机器人的运动关节进行控制，通过使用导纳控制等方法使机器人的踝关节等关节具有一定的柔顺性，从而使得机器人行走在不平整地面时，能够降低机器人脚底板与地面之间的冲击，实现稳定行走。关节柔顺控制方法中默认机器人的脚底板是刚性的，只有俯仰与翻滚方向的运动，其主要跟随机器人踝关节的运动。现有方法大多从不改变机器人自身结构特点的角度出发，对机器人的驱动关节进行控制，使机器人自身展现出一定的柔顺性。

由于目前的双足机器人在关节控制方面大多采用位置控制，所谓位置控制就是针对机器人的行走状态对机器人的运动路径进行规划，使之作为目标位置，让机器人的运动进行跟随，给电机一个确定的转动位置，电机能够对该目标位置进行准确的跟随。在机器人行走过程中，刚性的脚板在摆动腿与地面接触时具有很强的刚性冲击，缓慢运动时，冲击力还不至于会影响机器人的运动平衡；但在机器人快速运动时，刚性冲击则需要进行重点分析，因为刚性冲击太强的话会使机器人的运动平衡受到破坏，严重时可能导致机器人发生侧翻、摔倒。另外，特别是当机器人的摆动脚落在具有凸起障碍物的地面时，脚板与地面之间的瞬时冲击更大，更容易发生不平衡现象。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于磁流变液脚底板的双足机器人稳定行走控制方法，增加脚板与地面之间的缓冲，减小两者之间的瞬时冲击，使得机器人稳定行走。

一种基于磁流变液脚底板的双足机器人稳定行走控制方法，若机器人迈步时间0≤t_step＜T且单脚受力为0，则机器人处于单脚支撑期，单支撑腿脚板上的线圈绕组接收强电流控制信号；若机器人的迈步时间t_step≥T，则机器人处于双脚支撑期，双支撑腿脚板上的线圈绕组接收强电流控制信号；支撑腿脚板上的线圈绕组接收强电流控制信号后，在脚板内形成强磁场，使得支撑腿的脚板稳定；对机器人进行姿态调整，实现机器人的稳定行走；其中T为机器人迈一步的步行周期。

进一步地，所述线圈绕组对称设置在脚板上侧面，线圈绕组与电流驱动器连接，电流驱动器与工控机信号连接。

进一步地，所述脚板底部采用可变性柔性材料，其余部分采用刚性材料。

进一步地，所述脚板内部装有磁流变液体。

进一步地，所述单脚支撑期和双脚支撑期由设置在脚板与小腿之间六维力/力矩传感器采集的数据判断的。

进一步地，所述六维力/力矩传感器采集的数据还可以判断出机器人处于静止状态。

进一步地，所述机器人处于静止状态时，控制器向工控机发送初始电流控制信号S₀，工控机向电流驱动器发送电流i₀，双脚的线圈绕组输出电流I₀，使机器人进入准备阶段。

进一步地，所述迈步时间由控制器对机器人迈一步的时间累加得到。

本发明的有益效果为：