一种两足机器人步行平衡检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种两足机器人步行平衡检测系统及方法，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。本发明专利技术根据机器人行走时的高低变化设置高度检测范围，通过声波测距判断机器人行走时的平衡状态，对两足机器人步行平衡状态的判断更精准。

【技术实现步骤摘要】
一种两足机器人步行平衡检测系统及方法
本专利技术涉及声波测距，属于机器人平衡检测领域。
技术介绍
机器人是近年来发展起来的综合学科，随着科学技术发展，机器人的含义也在不断地拓宽，一般是指机器人化的技术或系统；现代的机器人已跨出了结构化环境的生产车间，向着人类生活的诸多方面渗透。双足行走机器人属于类人机器人，典型特点是机器 人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。通过机器人的模拟运动，人们便可以得到许多观测真人时所不可能得到的定量数据。所以，借助机器人对人类行走方式进行最大限度地模仿，研究人员将可以获得对人类病理学的更深层次的了解，从而可以得到对开发新型医疗和康复设备极有助益的信息。现在的两足行走机器人增加了许多关节构造和重心变化预测系统，但对机器人步行时的平衡状态检测过于复杂，难以广泛应用于工业机器人进行大规模应用。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种两足机器人步行平衡检测系统及方法，以解决上述问题。技术方案：一种两足机器人步行平衡检测系统，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。根据本专利技术的一个方面，所述声波测距单元，包括两组声波发射器与声波接收器，设置在机器人胯部两侧，对机器人步行时的高度变化进行检测。根据本专利技术的一个方面，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。根据本专利技术的一个方面，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模块；所述前置放大模块，包括声波接收器Z2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C9、电容C10、运算放大器U1:A和运算放大器U1:B；所述声波接收器Z2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述声波接收器Z2的另一端与所述电阻R13的另一端、所述电容C9的一端和所述电容C10的一端均接地，所述运算放大器U1:A的第2引脚分别与所述电阻R14的一端、所述电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C9的另一端连接，所述运算放大器U1:A的第1引脚分别与所述电阻R11的另一端、所述运算放大器U1:B的第5引脚连接，所述运算放大器U1:B的第6引脚分别与所述电阻R16的一端、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述电容C10的另一端连接，所述运算放大器U1:B的第7引脚与所述电阻R17的另一端连接；所述比较放大模块，包括二极管D4、电阻R12、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电位器RV1、电容C11和运算放大器U1:C；所述二极管D2的负极与所述运算放大器U1:C的第7引脚、所述电阻R17的另一端连接，所述二极管D2的正极与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述电容C11的一端和所述运算放大器U1:C的第9引脚连接，所述电阻R19的另一端与所述电阻R12的一端、所述电位器RV1的第1引脚和所述电位器RV1的第3引脚均接电源电压，所述电阻R12的另一端分别与所述声波接收器Z2的一端、所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述运算放大器U1:C的第10引脚分别与所述电位器RV1的第2引脚、所述电阻R20的一端连接，所述运算放大器U1:C的第8引脚与所述电阻R21的一端均接输出信号，所述电容C11的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的另一端均接地。根据本专利技术的一个方面，所述屈膝控制单元，根据机器人步行规律设置屈膝角度，当检测到机器人失衡后，增加屈膝角度，减小失衡影响。根据本专利技术的一个方面，所述脚掌控制单元，根据机器人步行规律设置脚踝弯曲角度，当检测到机器人失衡后，增加脚踝弯曲角度，减小失衡影响。根据本专利技术的一个方面，范围调整单元，设置有两组活动范围，当机器人正常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；/n声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；/n屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；/n脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；/n范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；
声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；
屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；
脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；
范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。


2.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括两组声波发射器与声波接收器，设置在机器人胯部两侧，对机器人步行时的高度变化进行检测。


3.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；
所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；
所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；
所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；
所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。


4.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁之立，潘太，
申请(专利权)人：南京昱晟机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32