一种多关节机器人的运动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种多关节机器人的运动控制方法，所述多关节机器人的运动控制方法包括以下步骤：检测关节机器人的运动速度，若所述运动速度大于预设值；获取关节机器人的姿态信息，从所述姿态信息中获取关节机器人的各连杆的质心位置坐标，根据所述各连杆的质心位置坐标计算关节机器人的实际偏摆力矩，判断所述实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩；所述实际偏摆力矩大于所述预设足部最大静摩擦力矩，则腿部关节驱动装置调整腿部关节角度变大，以使得关节机器人产生竖直向下的加速度。

A Kinematic Control Method for Multi-Joint Robots

【技术实现步骤摘要】
一种多关节机器人的运动控制方法
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种多关节机器人的运动控制方法。
技术介绍
现实世界中最早出现的仿人机器人应该首推1973年早稻田大学加藤一郎研究室开发的早期机器人。尽管技术还不是很成熟，早期机器人却既能通过视觉识别物体，也能通过听觉和语音合成与人进行言语交流，还能通过有触觉的双手队物体进行操作，能够用双足行走。随后又有令人惊叹的P2、P3、ASIMO的问世，到2008年NAO的出现，仿人机器人的各方面技术在不断地更新。在仿人机器人行走方面，也有其它一些方法，如S.Kajita的规划关节轨迹的方法，分析一个行走周期内踝关节和髋关节在各个状态下的位置和角度值，这些特征点被描述出来后再确定关节运动的连续曲线。该方法计算量大也很依赖于外界环境模型，对于自由度越多的机器人，其动态等式有时甚至是不可解的；S.Grillner的中心模型生成器，是基于神经网络的分析方法，由非振荡信号进行初始化，再以自包含的方法产生周期性信号的回路系统。该方法无需对机器人和外界环境进行动态模型，但无法准确获得对于神经连接的权重等一系列参数值；M.Ogino的弹道步行方法，是通过观察人类行走方式得出的，只在摆动的起始和结束阶段才驱动非支撑腿。弹道行走也就是一个行走控制器，在运动过程中，非支撑腿在摆动中间时刻是由重力和惯性力共同作用的结果。该方法在建立高能行走模型方面有很好的应用。机器人在行走过程中，身体容易失去平衡，具有髋关节的机器人，通常通过髋关节的转动以保持机器人的身体平衡；具有摆臂的机器人通常通过双臂的摆动实现机器人的身体平衡，但是有些关节机器人不具有髋关节和摆臂，如何解决机器人室内导航系统路线规划准确的问题以及控制关节机器人在行走过程中身体的平衡，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多关节机器人的运动控制方法，不仅能够解决机器人室内导航系统路线规划准确的问题，还能解决如何控制关节机器人在行走过程中身体平衡的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种多关节机器人的运动控制方法，所述多关节机器人的运动控制方法包括以下步骤：步骤S01、获取室内环境地图，并根据所述室内环境地图信息创建室内环境模型；步骤S02、获取室内具有明显特征的景物信息作为路标，将全局路线分割成路标与路标之间的标志线；步骤S03、探测机器人与路标的实际位置确定关节机器人的位置；步骤S04、关节机器人在行走过程中，通过视觉探测传感器对标志线进行探测，并调整行进路线与标准线之间的偏差；步骤S05、检测关节机器人的运动速度，若所述运动速度大于预设值；步骤S06、获取关节机器人的姿态信息，从所述姿态信息中获取关节机器人的各连杆的质心位置坐标，根据所述各连杆的质心位置坐标计算关节机器人的实际偏摆力矩，判断所述实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩；步骤S07、所述实际偏摆力矩大于所述预设足部最大静摩擦力矩，则腿部关节驱动装置调整腿部关节角度变大，以使得关节机器人产生竖直向下的加速度。优选的，所述关节机器人的腿部连杆通过踝关节连接足部，所述足部安装有力传感器，所述力传感器用于测量所述足部所受到的力矩。优选的，所述腿部关节驱动装置包括控制器、电机及减速器，所述控制器的控制信号输出端连接所述电机的控制信号输入端，所述电机的动力输出端连接所述减速器的动力输入端，所述减速器驱动所述腿部关节转动，以调节腿部关节的角度。优选的，所述腿部关节具有两个方向的旋转轴线，所述减速器控制所述腿部关节沿两个方向的旋转轴线旋转，以变大或缩小腿部关节的角度。优选的，所述减速器与所述腿部关节同轴设置。优选的，所述各连杆的质心位置坐标的坐标原点为支撑腿与地面的接触点。优选的，所述腿部关节上设有关节扭矩传感器，所述关节扭矩传感器连接腿部关节与腿部连杆，所述关节扭矩传感器用于检测腿部关节所受到的扭矩。优选的，步骤S04中，所述视觉探测传感器对标志线进行探测，包括视觉探测传感器获取标志线上景物的一幅或多幅图像，对所述图像进行边缘提取、图像分割、图像细化，获取图像中的路标。优选的，步骤S01中，所述获取室内环境地图，包括：根据机器人的位置信息、机器人的初始姿态及室内布局地图，得到室内环境地图。优选的，步骤S02中，所述将全局路线分割成路标与路标之间的标志线，包括：从所述机器人的初始位置对全局路线进行分割，识别所述室内环境地图上的具有明显特征的景物，将该景物的景物信息作为路标，在每段分割好的路线上将相邻的路标之间标识成标志线。本专利技术提供的多关节机器人的运动控制方法具有以下有益效果：1、建立室内环境地图，在室内环境地图上建立用于指示机器人实际位置的标志线，通过视觉探测传感器纠正机器人实际行进路线与标准线之间的偏差，将导航地图与行进路线实时探测相结合，大大提高了室内导航的准确性，同时降低了机器人的运算负担，提高了机器人的运行效率；2、当关节机器人的运动速度过大，检测关节机器人的实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩，关节机器人的实际偏摆力矩大于预设足部最大静摩擦力矩，通过对支撑腿腿部关节进行控制，降低关节机器人的重心，使得关节机器人在垂直方向上产生一个向下的加速度，以增加足部静摩擦力矩，从而维持垂直方向的力矩平衡。该方法可以用于无髋关节或无上肢的机器人中，可以有效控制关节机器人在行走过程中的平衡。附图说明图1为本专利技术提供的多关节机器人的运动控制方法的一种具体实施方式的流程示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。请参看图1，图1为本专利技术提供的多关节机器人的运动控制方法的一种具体实施方式的流程示意图。如图1所示，本专利技术提供了一种多关节机器人的运动控制方法，所述多关节机器人的运动控制方法包括以下步骤：步骤S01、获取室内环境地图，并根据所述室内环境地图信息创建室内环境模型；步骤S02、获取室内具有明显特征的景物信息作为路标，将全局路线分割成路标与路标之间的标志线；步骤S03、探测机器人与路标的实际位置确定关节机器人的位置；步骤S04、关节机器人在行走过程中，通过视觉探测传感器对标志线进行探测，并调整行进路线与标准线之间的偏差；步骤S05、检测关节机器人的运动速度，若所述运动速度大于预设值；步骤S06、获取关节机器人的姿态信息，从所述姿态信息中获取关节机器人的各连杆的质心位置坐标，根据所述各连杆的质心位置坐标计算关节机器人的实际偏摆力矩，判断所述实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩；步骤S07、所述实际偏摆力矩大于所述预设足部最大静摩擦力矩，则腿部关节驱动装置调整腿部关节角度变大，以使得关节机器人产生竖直向下的加速度。本专利技术建立室内环境地图，在室内环境地图上建立用于指示机器人实际位置的标志线，通过视觉探测传感器纠正机器人实际行进路线与标准线之间的偏差，将导航地图与行进路线实时探测相结合，大大提高了室内导航的准确性，同时降低了机器人的运算负担，提高了机器人的运行效率。本专利技术提供的多关节机器人的运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多关节机器人的运动控制方法，其特征在于，所述多关节机器人的运动控制方法包括以下步骤：步骤S01、获取室内环境地图，并根据所述室内环境地图信息创建室内环境模型；步骤S02、获取室内具有明显特征的景物信息作为路标，将全局路线分割成路标与路标之间的标志线；步骤S03、探测机器人与路标的实际位置确定关节机器人的位置；步骤S04、关节机器人在行走过程中，通过视觉探测传感器对标志线进行探测，并调整行进路线与标准线之间的偏差；步骤S05、检测关节机器人的运动速度，若所述运动速度大于预设值；步骤S06、获取关节机器人的姿态信息，从所述姿态信息中获取关节机器人的各连杆的质心位置坐标，根据所述各连杆的质心位置坐标计算关节机器人的实际偏摆力矩，判断所述实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩；步骤S07、所述实际偏摆力矩大于所述预设足部最大静摩擦力矩，则腿部关节驱动装置调整腿部关节角度变大，以使得关节机器人产生竖直向下的加速度。

【技术特征摘要】
1.一种多关节机器人的运动控制方法，其特征在于，所述多关节机器人的运动控制方法包括以下步骤：步骤S01、获取室内环境地图，并根据所述室内环境地图信息创建室内环境模型；步骤S02、获取室内具有明显特征的景物信息作为路标，将全局路线分割成路标与路标之间的标志线；步骤S03、探测机器人与路标的实际位置确定关节机器人的位置；步骤S04、关节机器人在行走过程中，通过视觉探测传感器对标志线进行探测，并调整行进路线与标准线之间的偏差；步骤S05、检测关节机器人的运动速度，若所述运动速度大于预设值；步骤S06、获取关节机器人的姿态信息，从所述姿态信息中获取关节机器人的各连杆的质心位置坐标，根据所述各连杆的质心位置坐标计算关节机器人的实际偏摆力矩，判断所述实际偏摆力矩是否大于预设足部最大静摩擦力矩；步骤S07、所述实际偏摆力矩大于所述预设足部最大静摩擦力矩，则腿部关节驱动装置调整腿部关节角度变大，以使得关节机器人产生竖直向下的加速度。2.根据权利要求1所述的多关节机器人的运动控制方法，其特征在于，所述关节机器人的腿部连杆通过踝关节连接足部，所述足部安装有力传感器，所述力传感器用于测量所述足部所受到的力矩。3.根据权利要求2所述的多关节机器人的运动控制方法，其特征在于，所述腿部关节驱动装置包括控制器、电机及减速器，所述控制器的控制信号输出端连接所述电机的控制信号输入端，所述电机的动力输出端连接所述减速器的动力输入端，所述减速器驱动所述腿部关节转动，以调节腿部关节的角度。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王拴绪，
申请(专利权)人：南京机器人研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32