自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法技术

技术编号:18995627 阅读:21 留言:0更新日期:2018-09-22 03:56
本发明专利技术公开了一种自适应的电驱动的单腿机器人,涉及机器人控制领域,通过设置机身连接板、大腿机构以及小腿机构,在获取机器人的小腿杆期望位置以及机器人的小腿杆实际位置后,将期望位置与实际位置通过运算得出小腿杆由实际位置移动到期望位置所需足端力,由足端力计算出髋关节电机以及膝关节电机各自所需力矩,最后将髋关节电机所需力矩以及膝关节所需力矩分别输入髋关节电机以及膝关节电机,控制机器人的大腿机构以及小腿机构运动。本发明专利技术还公开了一种自适应的电驱动的单腿机器人控制方法,由于采用的是电机配合减速器驱动机器人的运动方式,可以实现机器人的高负载能力,同时机器人的运动缓冲能力均由算法实现,可以提高机器人的缓冲能力。

Self adaptive electrically actuated single legged robot and its control method

The invention discloses an adaptive electrically driven single-legged robot, which relates to the field of robot control. By setting a fuselage connecting plate, a thigh mechanism and a leg mechanism, the desired position and the actual position of the robot's leg rod are obtained after obtaining the desired position of the robot's leg rod and the actual position of the robot's leg rod. The leg rod moves from the actual position to the desired position and the foot force is used to calculate the torque required by the hip motor and the knee motor respectively. Finally, the torque required by the hip motor and the knee motor are input into the hip motor and the knee motor respectively, and the robot's thigh mechanism and the leg machine are controlled. Construct movement. The invention also discloses an adaptive control method for an electric-driven single-legged robot, which can realize the high load capacity of the robot by adopting the motion mode of the robot driven by a motor cooperating with a reducer, and the motion buffering ability of the robot is realized by the algorithm, thus improving the buffering ability of the robot.

【技术实现步骤摘要】
自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法
本专利技术涉及移动机器人控制领域,尤其涉及一种自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法。
技术介绍
近年来,随着移动机器人技术的成熟与发展,由于电驱动系统的移动机器人具有动态响应快、运行过程不产生噪声、不排放气体的特点,同时相比于液压系统的移动机器人具有体积小、质量轻的优势,所以电驱动系统的移动机器人具备较好的商业发展前景。目前,现有的电驱动系统的移动机器人大多采用电机直驱以及采用减速比小于10的减速器的驱动系统来控制力,这种电驱动移动机器人具有动态响应快的特点,并且在机器人跳跃、奔跑时能有效缓冲冲击。但是电机直驱的电驱动系统无法提供机器人理想的负载能力,为了获得高负载能力必须采用减速比大于50的减速器,现有的电驱动系统的运动控制算法无法在高减速比的情况下提供好的动态性能,也无法在机器人高速奔跑、跳跃时缓冲足端对地面的冲击。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法,旨在解决现有技术中当机器人进行高速运动、跳跃以及重负载时,机器人足端与地面交互产生的冲击力急剧增大,会导致机器人零件受损的技术问题。为实现上述目的,本专利技术第一方面提供一种自适应的电驱动单腿机器人,该机器人包括:机身连接板、大腿机构以及小腿机构;所述大腿机构包括:髋关节电机、髋关节减速器、髋关节法兰以及大腿板;所述小腿机构包括:膝关节电机、膝关节减速器、凸轮、小腿驱动杆以及小腿杆;所述髋关节电机固定所述机身连接板上,输出端与所述髋关节减速器连接,所述髋关节减速器还与所述髋关节法兰连接,所述髋关节法兰与所述大腿板的一端连接;所述膝关节电机固定在所述髋关节法兰上,输出端与所述膝关节减速器连接,所述膝关节减速器与所述凸轮连接,所述凸轮还与所述小腿驱动杆的一端连接,所述小腿驱动杆的另一端与所述小腿杆的一端连接,所述小腿杆的一端还与所述大腿板的另一端连接。本专利技术第二方面提供一种自适应的电驱动的单腿机器人控制方法,该方法包括:获取机器人的小腿杆期望位置,并根据所述机器人的髋关节电机当前转角以及膝关节电机当前转角,按照预设第一算法计算出机器人的小腿杆实际位置;根据所述机器人的小腿杆期望位置与所述机器人的小腿杆实际位置,按照预设第二算法,计算出所述小腿杆从所述期望位置移动到所述实际位置这个过程中,所述髋关节电机所需力矩,以及所述膝关节电机所需力矩;根据所述髋关节电机所需力矩,控制所述髋关节电机转动,以控制所述髋关节减速器转动,并根据所述膝关节电机所需力矩,控制所述膝关节电机转动,以控制所述膝关节减速器转动;通过所述髋关节减速器和所述膝关节减速器,驱动大腿机构和小腿机构运动,以控制所述小腿杆移动到所述期望位置。本专利技术提供一种自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法,通过设置机身连接板、大腿机构以及小腿机构,其中大腿机构内设置有髋关节电机和髋关节减速器等装置,小腿机构内设置有膝关节电机、膝关节减速器以及小腿杆等装置,在获取机器人小腿杆期望位置以及机器人小腿杆实际位置后,将所述期望位置与所述实际位置通过运算得出小腿杆由实际位置移动到期望位置所需足端力,由足端力计算出髋关节电机以及膝关节电机各自所需力矩,最后将髋关节电机所需力矩以及膝关节所需力矩分别输入髋关节电机以及膝关节电机,控制机器人的大腿以及小腿运动,由于采用的是电机配合减速器的驱动机器人运动方式,可以实现机器人的高负载能力,同时机器人的运动缓冲能力均由算法实现,可以提高机器人的缓冲能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人的一剖面图;图2为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人的左视图的局部结构示意图;图3A~图3H为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人受干扰后自平衡过程示意图;图4A~图4H为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人从空中掉落接触地面后缓冲过程示意图;图5A~图5H为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人跳跃前进过程示意图;图6为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人控制方法的流程示意图;图7为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人控制方法中简化后的机器人映射模型示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1与图2,图1为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人的一剖面图,图2为本专利技术实施例提供的自适应的电驱动的单腿机器人的左视图的局部结构示意图。由图1以及图2可知:本专利技术实例中的机器人包括:机身连接板1、大腿机构以及小腿机构。其中,大腿机构包括:髋关节电机2、髋关节减速器(图中未示出)、髋关节法兰3以及大腿板4。小腿机构包括:膝关节电机5、膝关节减速器(图中未示出)、凸轮6、小腿驱动杆7以及小腿杆8。髋关节电机2固定机身连接板1上,髋关节电机2的输出端与髋关节减速器连接,髋关节减速器还与髋关节法兰3连接,髋关节法兰3与大腿板4的一端连接。具体地,髋关节减速器包括内转子以及外转子,髋关节电机2的输出端与髋关节减速器的内转子通过键连接,髋关节减速器的外转子与髋关节法兰3通过螺栓固定连接。进一步的,当髋关节电机2运行时,带动其输出端连接的髋关节减速器的内转子转动,髋关节减速器的内转子再带动髋关节减速器的外转子转动,髋关节减速器的外转子带动髋关节法兰运动。进一步的,大腿板4的数量为两个,髋关节法兰3与两个大腿板4的一端通过螺栓固定连接,以保证两个大腿板4随着髋关节法兰3一起运动。具体的,每个大腿板4的一端设有弧形连接板,与髋关节法兰3的弧形外表面贴合,其中一个大腿板4通过若干个螺栓与髋关节法兰3的弧形表面连接,另一个大腿板4相隔预设距离通过相同数量的螺栓与髋关节法兰3的弧形表面连接,其中,两个大腿板4的另一端位置处于同一水平位置,便于与后续的其他部件连接。进一步的,膝关节电机5固定在髋关节法兰3上,输出端与膝关节减速器连接,膝关节减速器与凸轮6连接,凸轮6还与小腿驱动杆7的一端连接,小腿驱动杆7的另一端与小腿杆8的一端连接,小腿杆8的一端还与大腿板4的另一端连接。其中,膝关节减速器包括内转子以及外转子,膝关节电机5的输出端与膝关节减速器的内转子通过键连接,膝关节减速器的外转子与凸轮6通过螺栓固定连接。进一步的,当膝关节电机5运行时,带动其输出端连接的膝关节减速器的内转子转动,膝关节减速器的内转子再带动膝关节减速器的外转子转动,膝关节减速器的外转子带动凸轮6运动。进一步的,凸轮6与小腿驱动杆7的一端铰接,小腿驱动杆7的另一端与小腿杆8的一端铰接,小腿杆8的一端还与大腿板4的另一端铰接。具体的,在小腿杆8的一端与小腿驱动杆本文档来自技高网...
自适应的电驱动的单腿机器人及其控制方法

【技术保护点】
1.一种自适应的电驱动的单腿机器人,其特征在于,所述机器人包括:机身连接板、大腿机构以及小腿机构;所述大腿机构包括:髋关节电机、髋关节减速器、髋关节法兰以及大腿板;所述小腿机构包括:膝关节电机、膝关节减速器、凸轮、小腿驱动杆以及小腿杆;所述髋关节电机固定所述机身连接板上,输出端与所述髋关节减速器连接,所述髋关节减速器还与所述髋关节法兰连接,所述髋关节法兰与所述大腿板的一端连接;所述膝关节电机固定在所述髋关节法兰上,输出端与所述膝关节减速器连接,所述膝关节减速器与所述凸轮连接,所述凸轮还与所述小腿驱动杆的一端连接,所述小腿驱动杆的另一端与所述小腿杆的一端连接,所述小腿杆的一端还与所述大腿板的另一端连接。

【技术特征摘要】
1.一种自适应的电驱动的单腿机器人,其特征在于,所述机器人包括:机身连接板、大腿机构以及小腿机构;所述大腿机构包括:髋关节电机、髋关节减速器、髋关节法兰以及大腿板;所述小腿机构包括:膝关节电机、膝关节减速器、凸轮、小腿驱动杆以及小腿杆;所述髋关节电机固定所述机身连接板上,输出端与所述髋关节减速器连接,所述髋关节减速器还与所述髋关节法兰连接,所述髋关节法兰与所述大腿板的一端连接;所述膝关节电机固定在所述髋关节法兰上,输出端与所述膝关节减速器连接,所述膝关节减速器与所述凸轮连接,所述凸轮还与所述小腿驱动杆的一端连接,所述小腿驱动杆的另一端与所述小腿杆的一端连接,所述小腿杆的一端还与所述大腿板的另一端连接。2.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,所述髋关节电机的输出端与所述髋关节减速器的内转子通过键连接,所述髋关节减速器的外转子与所述髋关节法兰通过螺栓固定连接。3.根据权利要求2所述的机器人,其特征在于,所述大腿板的数量为两个,所述髋关节法兰与两个所述大腿板的一端通过螺栓固定连接。4.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,所述膝关节电机的输出端与所述膝关节减速器的内转子通过键连接,所述膝关节减速器的外转子与凸轮通过螺栓固定连接。5.根据权利要求4所述机器人,其特征在于,所述凸轮与所述小腿驱动杆的一端铰接,所述小腿驱动杆的另一端与所述小腿杆的一端铰接,所述小腿杆的一端还与所述大腿板的另一端铰接。6.一种自适应的电驱动的单腿机器人控制方法,用于控制如权利要求1~5任一项所述的自适应的电驱动的单腿机器人,其特征在于,所述方法包括:获取机器人的小腿杆期望位置,并根据所述机器人的髋关节电机当前转角...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙彩明张爱东金丙辰
申请(专利权)人:香港中文大学深圳
类型:发明
国别省市:广东,44

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