[发明专利]一种双足轮式机器人平衡控制方法

说明书

本发明提供一种双足轮式机器人平衡控制方法，解耦双足轮式机器人机身运动与腿部运动，提高了双足轮式机器人的稳定性。包括如下步骤：步骤一：令双足轮式机器人的两条腿分别为腿A和腿B；先控制腿A按规划值移动，然后计算腿A按规划值移动后其质心的位移；步骤二：依据步骤一所计算的腿A质心的位移，基于零力矩点平衡判定和腿部质心‑步长方程计算腿B的期望质心位移和期望迈步长度；步骤3：根据步骤2所计算的腿B的期望迈步长度，计算腿B中两个关节的转角，进而通过控制对应关节处的电机实现对腿B运动的控制，使腿B的迈步长度为所计算的期望迈步长度。

技术领域

本发明涉及一种平衡控制方法，具体涉及一种双足轮式机器人平衡控制方法，属于机器人运动控制技术领域。

背景技术

双足轮式机器人，由于其快速灵活的机动形式，是当前机器人研究的一个热点。目前双足轮式机器人主要是综合了腿足式机器人和两轮平衡车的控制原理，腿部结构主要用来模拟主动悬挂系统，平衡原理采用平衡车平衡原理，通过加减速控制机器人所受惯性力，使机器人重力和惯性力的合力投影到地面上的点即零力矩点(ZMP)落在两轮触地点连线支撑线上，以保证机器人运动的稳定性。

这种方式没有充分利用机器人腿足结构的自由度，同时在加减速过程中，需要通过调节机器人机身姿态来保持平衡，机身稳定性较差。目前针对双足轮式机器人轮足部分与腿部结构耦合运动的稳定性研究相对较少。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双足轮式机器人平衡控制方法，通过建立双足轮式机器人腿部运动与质心位置正逆解算方程，由质心平衡期望位置反解双足轮式机器人运动状态实现对双足轮式机器人稳定性控制，解耦双足轮式机器人机身运动与腿部运动，提高了双足轮式机器人的稳定性。

一种双足轮式机器人平衡控制方法，包括如下步骤：

步骤一：令双足轮式机器人的两条腿分别为腿A和腿B；先控制腿A按规划值移动，然后计算腿A按规划值移动后其质心的位移；

步骤二：依据步骤一所计算的腿A质心的位移，基于零力矩点平衡判定和腿部质心-步长方程计算腿B的期望质心位移和期望迈步长度；

步骤3：根据步骤2所计算的腿B的期望迈步长度，计算腿B中两个关节的转角，进而通过控制对应关节处的电机实现对腿B运动的控制，使腿B的迈步长度为所计算的期望迈步长度。

作为本发明的一种优选方式，所述步骤一中，依据腿A运动状态及腿A各部件质量加权计算腿A质心的位移；

定义双足轮式机器人前进方向为×向，竖直方向为Z向，坐标原点为双足轮式机器人腿部与机身的连接点，令该连接点为点A，点B₁为腿A大腿杆与小腿杆的连接点，点C₁为腿A中滚轮的质心点，腿A的大腿杆为杆AB₁，腿A的小腿杆为杆B₁C₁；

双足轮式机器人运动时，向前运动的位移为正，向后运动的位移为负；

令腿A按规划值向后移动，则在×方向上，点C₁的位移为s₁，点B₁平移A点不动，杆AB₁质心平移杆B₁C₁质心平移则腿A的质心在×向的位移l₁为：

其中：为腿A膝关节的质量；为杆AB₁的质量；为杆B₁C₁的质量；为腿A中滚轮的质量。

作为本发明的一种优选方式，所述步骤二中：基于零力矩点平衡判定的双足轮式机器人平衡方程为：