[发明专利]一种仿人机器人跳跃着地状态检测系统与方法

说明书

本发明提供了一种仿人机器人跳跃着地状态检测系统与方法，属于仿人机器人技术领域。本发明利用当前仿人机器人的运动状态计算机器人在空中时各个关节所需的关节控制力矩，从而获得仿人机器人各关节的期望控制电流，仿人机器人完成期望运动时，由各关节的期望控制电流，得到各关节的期望控制电流与实际控制电流之间的误差，当误差值大于允许值时，判定仿人机器人与地面接触，运动控制器生成新的期望运动角度。本发明能够精确获取机器人着地状态，完成仿人机器人落地后的运动稳定性控制，同时使机器人运动状态切换的控制变得容易。

技术领域

本发明属于仿人机器人技术领域，具体涉及一种仿人机器人跳跃着地状态检测系统与方法。

背景技术

仿人机器人在运动过程中使用外部传感器测量环境信息，一般包括IMU传感器、力传感器、触觉传感器、视觉传感器等，这些传感器的更新周期大多为100-300Hz左右；然而，机器人在跳跃之后与地面发生碰撞到产生最大冲击力的时间一般在1ms以内。如果仅根据外部传感器测量的环境信息，难以实时检测机器人与地面的碰撞情况，使仿人机器人跳跃之后的落地稳定控制和机器人运动状态切换的控制变得十分困难。

当前对于仿人机器人运动状态检测方法大多关于机器人双足行走等运动，很少有针对类似于机器人跳跃落地、机器人运动状态变化较大的情况的状态检测方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种仿人机器人跳跃着地状态检测系统与方法，利用机器人跳跃过程的下肢各关节期望控制电流和实际控制电流的差值来判断机器人是否落地，并根据落地时仿人机器人的运动状态，获取期望运动角度，完成仿人机器人落地后的运动控制。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种仿人机器人跳跃着地状态检测方法，具体为：

通过建立仿人机器人受力的动力学方程，利用当前仿人机器人的运动状态计算机器人在空中时各个关节所需的关节控制力矩τ，从而获得仿人机器人各关节的期望控制电流I_iref；

仿人机器人完成期望运动时，由各关节的期望控制电流I_iref，得到各关节的期望控制电流与实际控制电流之间的误差δI，当δI大于允许值ΔI时，判定仿人机器人与地面接触；

在仿人机器人与地面接触时，运动控制器根据此时仿人机器人的运动状态，计算仿人机器人全身各个连杆的姿态，结合仿人机器人足部与地面的夹角，生成新的期望运动角度，并传输给关节控制器，完成仿人落地后的运动控制。

进一步地，所述期望控制电流I_iref由以下公式计算得到：

其中：k_i为仿人机器人各关节对应的实际控制电流与驱动力矩的转换比例系数，ξ_i为仿人机器人各关节对应的速度与阻尼力的转换比例系数，τ为各个关节所需的关节驱动力矩，且i＝1,2,…,6。

进一步地，所述各关节的期望控制电流与实际控制电流之间的误差δI由以下公式计算得到：

其中，δI_i＝I_i-I_iref，I_i为机器人关节驱动器反馈的实际控制电流。

进一步地，所述允许值ΔI通过如下方式获取：多次将仿人机器人吊离地面，并对仿人机器人发送运动指令，模拟仿人机器人在不受外力的情况下的运动状态。

进一步地，所述仿人机器人的运动状态包括：仿人机器人躯干姿态θ、各个关节实际的运动角度q和角速度脚底与地面的接触力F。