[发明专利]轮腿机器人的自稳定控制方法、系统、装置

权利要求书

1.一种轮腿机器人的自稳定控制方法，所述轮腿机器人的腿部结构包括髋关节、膝关节、踝关节，所述踝关节处装设有行走轮，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，基于外部干扰力的大小和位置，从预先构建的控制参数表中选取控制参数；所述控制参数为预设控制模型的控制参数；

所述控制模型为：

其中，τ_a、τ_k和τ_h分别是踝关节、膝关节和髋关节的输出力矩，是重心倾斜角度，θ_a是行走轮总的旋转角度，θ_k和θ_h分别是膝关节处的夹角和髋关节处的夹角，是重心倾斜角度的当前角速度，是行走轮的当前角速度，是膝关节处的夹角的当前角速度，是髋关节处的夹角的当前角速度，Δθ_k＝θ_kd-θ_k，Δθ_h＝θ_hd-θ_h，θ_kd和θ_hd分别是变量θ_k和θ_h的预设的期望状态，k_a1、k_a2、k_a3、k_a4、k_a5是踝关节的控制参数，k_k1、k_k2、k_k3、k_k4是膝关节的控制参数，k_h1、k_h2、k_h3、k_h4是髋关节的控制参数；

步骤S200，获取当前髋关节、膝关节、踝关节角度信息，以及行走轮旋转角度信息和重心倾斜角度，通过所选择的控制参数下的所述控制模型，计算髋关节、膝关节、踝关节的输出力矩；

步骤S300，基于髋关节、膝关节、踝关节的输出力矩分别对髋关节、膝关节、踝关节进行控制；

所述控制模型配置为基于髋关节、膝关节、踝关节角度信息，以及行走轮旋转角度信息和重心倾斜角度，计算髋关节、膝关节、踝关节的输出力矩；所述重心倾斜角度为轮腿机器人的重心与行走轮圆心连线同竖直线的夹角。

2.根据权利要求1所述的轮腿机器人的自稳定控制方法，其特征在于，所述控制参数表的获取方法为：

步骤A100，构建干扰信息集；所述干扰信息集中的干扰信息包括干扰力大小和作用位置；

步骤A200，对所述干扰信息集中任一条干扰信息，基于预设的轮腿机器人的动力学模型、以及预设的优化准则函数，获取对应的一组控制参数；所述优化准则函数为基于各关节的输出力矩、与期望值的角度状态差和系统稳定时间的函数，通过函数值最小化的方法获取最优的控制参数；

步骤A300，构建干扰信息与控制参数的映射表作为控制参数表。

3.根据权利要求2所述的轮腿机器人的自稳定控制方法，其特征在于，所述优化准则函数为

其中，cost表示优化准则函数，c₁、c₂、c₃、c₄是预设的权重，T是预设的优化时间长度，τ_t＝[τ_at，τ_kt，τ_ht]^T，τ_at、τ_kt、τ_ht分别为t时刻的踝关节、膝关节和髋关节的输出力矩，e(θ_at)为行走轮旋转角度差值，表示在t时刻状态值，θ_kt、θ_ht分别为踝关节、膝关节和髋关节的角度状态值，为预设的状态期望值，θ_kd、θ_hd分别为踝关节、膝关节和髋关节的角度状态期望值，t_c是系统出现不稳定的时刻。