一种双足机器人动态上台阶控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双足机器人动态上台阶控制方法。本发明专利技术基于支撑腿的关节力矩控制来实现双足机器人的姿态控制和高度控制，力矩控制能大大提升双足机器人行走的稳定性，在跨上台阶的过程中无需规划机器人的质心轨迹，而是通过机器人姿态、高度、速度的反馈控制律来实现跨上台阶过程中机器人高度、姿态角、速度的稳定维持。其中速度控制部分是机器人稳定登上台阶的关键，期望的上台阶速度与时间的函数关系曲线积分即可得到期望的机器人位移与时间的函数关系曲线，再由机器人质心所受前向力控制机器人前向位移，省去了ZMP算法需要规划机器人质心轨迹的复杂步骤，同时也提升了机器人上台阶过程中的稳定性。上台阶过程中的稳定性。上台阶过程中的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种双足机器人动态上台阶控制方法


[0001]本专利技术属于机器人控制领域，尤其涉及一种双足机器人动态上台阶控制方法。

技术介绍

[0002]双足机器人由于拥有和人类相似的体型和活动度，拥有对现有人造工具较好的适配度，可以良好地融入人类的生活环境，从而在抗险救灾、特种作业等领域被寄予厚望。双足机器人的结构特点、落脚点的离散性使其可以跨越障碍物和应对复杂地形，尤其是台阶这种较为复杂的典型人造地形。具备跨越台阶能力的双足机器人，相对轮式机器人或者履带式机器人，其活动范围大为扩展，同时为其在上述领域中的进一步推广应用奠定了基础。
[0003]目前双足机器人平地行走的控制算法已经较为完备，最为广泛应用的是零力矩点(Zero Moment Point，ZMP)算法，但ZMP算法是基于位置控制的算法，需要根据零力矩点是否在支撑多边形内来确定机器人运动的稳定性。ZMP算法应对台阶地形时相当缓慢且低效，需要对机器人的质心轨迹进行复杂的规划，让机器人静态地不断平移质心，以保证跨越台阶的整个过程中机器人质心始终在支撑域内，确保机器人不会在登上台阶的过程中倾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双足机器人动态上台阶控制方法，其特征在于，包括支撑腿力矩控制方法和摆动腿位置控制方法。所述支撑腿力矩控制方法是指支撑腿通过腿部关节输出对应扭矩，来平衡机器人重力和重力矩，从而维持机器人高度和姿态角的稳定。所述摆动腿位置控制方法是指摆动腿各关节在笛卡尔空间轨迹规划和机器人腿部逆运动学的基础上，通过控制关节角度使机器人足端按照规划好的轨迹运动。2.如权利要求1所述双足机器人动态上台阶控制方法，其特征在于，所述支撑腿力矩控制方法具体可分为两部分：姿态控制和高度控制。姿态控制部分通过机器人髋部电机输出力矩，从而平衡单腿支撑时，机器人重力产生的力矩，使机器人姿态角维持在可控范围内，机器人维持平衡需要控制pitch俯仰角和roll翻滚角的稳定，分别由髋关节俯仰电机和髋关节侧摆电机控制，其控制律可写为：关节侧摆电机控制，其控制律可写为：其中，τ
hipx
，τ
hipy
表示机器人髋关节滚动方向与俯仰方向的力矩值，τ
ffx
，τ
ffy
为平衡机器人重力矩所需的前馈力矩，为身体姿态的滚动角与俯仰角，为期望身体姿态的滚动角与俯仰角，分别为滚动角速度与俯仰角速度，k
px
，k
py
，k
dx
，k
dy
为相对应的增益系数。高度控制部分通过机器人膝关节电机输出力矩，产生对应的足底反作用力F
z
，从而平衡机器人重力，使机器人高度维持在可控范围内。F
z
可由如下公式计算：其中，F
grav
表示平衡机器人重力所需的前馈力，h
d
，h表示机器人质心的期望高度和实际高度，表示机器人z方向的速度，k
ph
，k
dh
为对应的增益系数。3.如权利要求1所述双足机器人动态上台阶控制方法，其特征在于，所述摆动腿位置控制方法可分为：踏步稳定时的摆动腿控制和跨上台阶时的摆动腿控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秋国，牛锦鹏，吴俊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：