一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。通过调节腰部关节来调整上身姿态，以达到消除机器人上身姿态晃动的目的。

A Control Method for Eliminating Upper Body Posture Sloshing of Biped Robots

【技术实现步骤摘要】
一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法
本专利技术涉及自动化控制
，更具体的说是涉及一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法。
技术介绍
仿人机器人是一个多自由度、非线性、具有复杂运动学、动力学特性的系统。对于仿人机器人的研究经历了从双足到仿人型、从静态到动态行走与操作、从平面移动到不平地面行走的艰难过程。它的双腿结构跟人类似，较传统的轮式和履带式机器人有更好的机动性，尤其是在凹凸不平的地面、楼梯以及与地面仅有离散不连续的接触点的场合更体现出优越性。但是双足机器人有本质不稳定的特点，容易摔倒。为了使机器人行走，需要给定机器人的行走轨迹，即动态步态，包括关节机器人各个关节的角度。机器人的动态步态是一种固有的、周期的运动，是依据双足机器人整体动力学产生的。由于约束条件的耦合性和动力学方程的复杂性，动态步态计算需要一个优化过程。因此，动态步态一般通过离线计算方法来实现。也就是说，动态步态一般是在假设双足机器人模型和周围环境已知的情况下生成的。实际上，双足机器人行走现实环境不可能与设定的环境和条件完全相同，由于机器人周围环境的变化或产生了未知状况，如果机器人机械地按照预先规划好的动态步态完全执行，不对所规划的动态步态进行实时修正和控制，很可能会导致机器人上身晃动，产生不稳定甚至摔倒等异常现象。因此，如何消除双足机器人的上身姿态晃动是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，对机器人的腰部关节进行控制，消除上身的晃动。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。优选的，基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量具体如下：其中，为腰部关节的期望角速度，ω为腰部关节的实际角速度，Kv为速度反馈增益。优选的，基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量具体如下：其中，为机器人上身规划姿态，τ为机器人上身实际姿态，Kp为比例反馈增益。优选的，基于加速度和期望加速度计算第三修正量具体如下：其中，为期望加速度值，α为实际加速度值，D(q)为腰部关节惯性矩阵。优选的，基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量具体包括：θ＝θ1+θ2，其中，θ1为第一修正量，θ2为第二修正量。优选的，所述规划步态通过离线方式计算得到，所述腰部关节惯性矩阵D(q)通过对机器人进行整体动力学建模得到。优选的，还包括通过压力检测电路检测不同时刻机器人脚与地面之间的接触力F，若F有变化，则当前时刻机器人处于运动状态，则利用如下公式计算第四修正量；其中，Kr为预先设定的比例系数，且0＜Kr＜1；并基于第一修正量、第二修正量和第四修正量计算机器人上身姿态修正量。优选的，所述压力检测电路包括：压力传感器电路和检测信号放大电路，其中，所述压力传感器电路包括全桥检测电路；所述检测信号放大电路包括：放大器和滑动变阻器；所述全桥检测电路和所述放大器的正相输入端和反相输入端相连，所述滑动变阻器并联在所述放大器的第七管脚和第八管脚之间；且所述放大器的输出端连接有二极管。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，通过对仿人机器人当前参数进行测定，并基于多种测定值计算修正量，从而通过对腰部关节进行调整和控制，消除上身晃动，达到机器人稳定行走的目的。而且，本专利技术提供的消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法适用范围广、计算简单、因素考虑更周到。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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法的示意图；图2为本专利技术提供的压力检测电路的示意图。具体实施方式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，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。参见附图1，本专利技术实施例公开了一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。机器人在实际行走时，腰部关节的控制等于离线规划的动态步态加上实时修正量，二者得出的参考值入到伺服驱动器中，控制仿人机器人行走。其中，动态步态是在给定机器人模型和周围环境的情况生成的。本专利技术采用PD控制来减少上身的晃动，具体控制方法请参见附图1。而且，在现有技术中，多数控制方法只考虑到检测实际角速度，并根据实际角速度进行修正、调整，但是在机器人实际运行过程中难免遇到特殊情况，如：地面出现异常，机器人突然迈入一个小坑，瞬间的影响是很大的，但是单纯依靠陀螺仪检测角速度进行修正并不一定精确，还可以通过加速度计来感知机器人上身的变化，并基于机器人动力学模型进行调整，能够使得修正结果更加准确。本专利技术提供的方法同样适用于其他具有上身姿态晃动的机器人。参见附图1，为了进一步优化上述技术方案，基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量具体如下：其中，为腰部关节的期望角速度，ω为腰部关节的实际角速度，Kv为速度反馈增益。参见附图1，为了进一步优化上述技术方案，基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量具体如下：其中，为机器人上身规划姿态，τ为机器人上身实际姿态，Kp为比例反馈增益。参见附图1，为了进一步优化上述技术方案，基于加速度和期望加速度计算第三修正量具体如下：其中，为期望加速度值，α为实际加速度值，D(q)为腰部关节惯性矩阵。参见附图1，为了进一步优化上述技术方案，基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量具体包括：θ＝θ1+θ2，其中，θ1为第一修正量，θ2为第二修正量。这里需要解释的是，所述规划步态通过离线方式计算得到，所述腰部关节惯性矩阵D(q)通过对机器人进行整体动力学建模得到。由此可见，本专利技术提供的控制方法在对机器人的上身晃动进行控制时，不仅考虑到机器人的当前参数，还考虑到预先建立的机器人动力模型对机器人控制的影响，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，其特征在于，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。

【技术特征摘要】
1.一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，其特征在于，所述机器人上安装有陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪用于测量角速度，所述加速度计用于测量加速度；所述控制方法包括：获取机器人上身的实际角速度；基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量；基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量；获取机器人上身的加速度；基于加速度和期望加速度计算第三修正量；基于第一修正量、第二修正量计算机器人上身姿态修正量；基于上身姿态修正量和第三修正量调节腰部关节，以消除机器人上身姿态晃动。2.根据权利要求1所述的一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，其特征在于，基于实际角速度和期望角速度计算第一修正量具体如下：其中，为腰部关节的期望角速度，ω为腰部关节的实际角速度，Kv为速度反馈增益。3.根据权利要求2所述的一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，其特征在于，基于预先生成的机器人的规划步态和实际姿态计算第二修正量具体如下：其中，为机器人上身规划姿态，τ为机器人上身实际姿态，Kp为比例反馈增益。4.根据权利要求3所述的一种消除双足机器人上身姿态晃动的控制方法，其特征在于，基于加速度和期望加速度计算第三修正量具体如下：其中，为期望加速度值，α为实际加速度值，D(q)为腰部关节惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鑫，杨哲海，
申请(专利权)人：沈阳城市学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21