平衡控制方法、装置及机器人制造方法及图纸

本申请实施例涉及机器人技术领域，公开了一种平衡控制方法、装置及机器人，获取轮式双足机器人的运动状态参数，根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的腿部高度调节参数，控制髋关节模组按腿部高度调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在水平方向上保持平衡。根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，控制动力轮模组按平衡力矩调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在行进方向上保持平衡。在此实施例中，通过髋关节模组调节腿部高度，使得机身在水平方向上保持平衡，避免轮式双足机器人发生侧翻；通过调节动力轮模组的力矩，以加减速控制轮式双足机器人所受惯性力，以保证轮式双足机器人运动的稳定性。以保证轮式双足机器人运动的稳定性。以保证轮式双足机器人运动的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
平衡控制方法、装置及机器人


[0001]本申请实施例涉及机器人
，尤其涉及一种平衡控制方法、装置及机器人。

技术介绍

[0002]双足机器人是具有人类外形、双腿等特征的智能机器人，也是人们对机器人形象设想的完美具体表现形式。它可以实现拟人的灵巧行走动作，对未知复杂环境的适应能力强。轮子可以赋予机械更敏捷快速的移动能力，其运动速度远超腿足生物，是提升机器人速度的有效方式之一。因此轮式双足机器人不仅具备仿人机器人的灵巧拟人作业能力和环境适应性，还拥有轮式移动的快速性。
[0003]相比较两轮的平衡车两自由度、低质心、一体化结构，轮式双足机器人增加了更多的关节自由度，质心相较轮轴距离增大，并且两轮通过双腿连接在机身处使得相对位置的可变性增大，平衡控制难度加大。然而，传统做法是机身形态固定不动，将整个系统简化为单一的平衡车控制，但是这不符合轮式双足机器人快速移动、灵巧作业的要求，而且平衡效果差，无法适应地形的变化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种平衡控制方法、装置及机器人，能自适应地形变化，保持平稳运行。
[0005]第一方面，本申请实施例中提供给了一种平衡控制方法，应用于轮式双足机器人，包括：
[0006]获取轮式双足机器人的运动状态参数；
[0007]根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的腿部高度调节参数，控制轮式双足机器人的髋关节模组按腿部高度调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在水平方向上保持平衡；和/或，
>[0008]根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，控制轮式双足机器人的动力轮模组按平衡力矩调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在行进方向上保持平衡。
[0009]在一些实施例中，运动状态参数包括机身侧翻角度，
[0010]前述根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的腿部高度调节参数，包括：
[0011]根据机身侧翻角度和水平参考角度，计算侧翻角度偏差；
[0012]根据侧翻角度偏差，确定目标腿部高度；
[0013]根据目标腿部高度进行运动学逆解，计算出腿部高度调节参数。
[0014]在一些实施例中，前述根据侧翻角度偏差，确定目标腿部高度，包括：
[0015]采用PI算法基于侧翻角度偏差，计算出倾角调整量；
[0016]在倾角高度映射关系中查找出与倾角调整量对应的腿部高度，作为目标腿部高度，其中，倾角高度映射关系包括倾角调整量和腿部高度之间的对应关系。
[0017]在一些实施例中，前述控制轮式双足机器人的髋关节模组按腿部高度调节参数进行调节，包括：
[0018]控制髋关节模组采用PD算法将当前腿部高度调节至目标腿部高度范围内，目标腿部高度范围包括腿部高度调节参数对应的目标腿部高度。
[0019]在一些实施例中，运动状态参数包括机身前倾角度、机身前倾角速度、行进方向的位移和位移；
[0020]前述根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，包括：
[0021]采用运动状态参数对轮式双足机器人建立倒立摆模型，确定状态空间表达式；
[0022]将基于LQR的状态反馈控制器代入状态空间表达式，并计算各状态误差对应的状态反馈矩阵，一个所述状态误差是一个所述运动状态参数与预设理想参数之间的差；
[0023]根据各所述状态误差和对应的状态反馈矩阵，确定平衡力矩调节参数。
[0024]在一些实施例中，该方法还包括：
[0025]获取行驶控制指令；
[0026]根据行驶控制指令，计算出转向力矩参数；
[0027]将转向力矩参数叠加至平衡力矩调节参数，得到控制力矩参数；
[0028]前述控制轮式双足机器人的动力轮模组按平衡力矩调节参数进行调节，包括：
[0029]控制轮式双足机器人的动力轮模组按控制力矩参数进行调节。
[0030]在一些实施例中，该方法还包括：
[0031]若检测到行驶控制指令存在异常，控制动力轮模组停止运行。
[0032]第二方面，本申请实施例中提供给了一种平衡控制装置，应用于轮式双足机器人，包括：
[0033]获取模块，用于获取轮式双足机器人的运动状态参数；
[0034]水平平衡控制模块，用于根据运动状态参数，确定轮式双足机器人机器人的腿部高度调节参数，控制轮式双足机器人的髋关节模组按腿部高度调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在水平方向上保持平衡；
[0035]行进平衡控制模块，用于根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，控制轮式双足机器人的动力轮模组按平衡力矩调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在行进方向上保持平衡。
[0036]第三方面，本申请实施例中提供给了一种轮式双足机器人，包括：
[0037]至少一个处理器，以及
[0038]与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，
[0039]存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面的方法。
[0040]第四方面，本申请实施例中提供给了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机设备执行第一方面的方法。
[0041]本申请实施例的有益效果：区别于现有技术的情况，本申请实施例提供的平衡控制方法，首先获取轮式双足机器人的运动状态参数，识别对应工况。在识别到有侧翻风险时，根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的腿部高度调节参数，控制轮式双足机器人的
髋关节模组按腿部高度调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在水平方向上保持平衡。在识别到有前倾或后仰风险时，根据运动状态参数，确定轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，控制轮式双足机器人的动力轮模组按平衡力矩调节参数进行调节，以使轮式双足机器人在行进方向上保持平衡。在此实施例中，通过实时获取轮式双足机器人的运动状态参数，可以快速识别对应工况，基于工况，通过髋关节模组调节腿部高度，使得机身在水平方向上保持平衡，避免轮式双足机器人发生侧翻；通过调节动力轮模组的力矩，以加减速控制轮式双足机器人所受惯性力，以保证轮式双足机器人运动的稳定性。
附图说明
[0042]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0043]图1为本申请一些实施例中用于实现平衡控制方法的轮式双足机器人系统；
[0044]图2为本申请一些实施例中平衡控制方法的流程示意图；
[0045]图3为本申请一些实施例中轮式双足机器人的爬坡示意图；
[0046]图4为本申请一些实施例中生成目标腿部高度的示意图；
[0047]图5为本申请一些实施例中生成髋关节电机的转角调整量的示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平衡控制方法，应用于轮式双足机器人，其特征在于，包括：获取轮式双足机器人的运动状态参数；根据所述运动状态参数，确定所述轮式双足机器人的腿部高度调节参数，控制所述轮式双足机器人的髋关节模组按所述腿部高度调节参数进行调节，以使所述轮式双足机器人在水平方向上保持平衡；和/或，根据所述运动状态参数，确定所述轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，控制所述轮式双足机器人的动力轮模组按所述平衡力矩调节参数进行调节，以使所述轮式双足机器人在行进方向上保持平衡。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动状态参数包括机身侧翻角度，根据所述运动状态参数，确定所述轮式双足机器人的腿部高度调节参数，包括：根据所述机身侧翻角度和水平参考角度，计算侧翻角度偏差；根据所述侧翻角度偏差，确定目标腿部高度；根据所述目标腿部高度进行运动学逆解，计算出所述腿部高度调节参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述侧翻角度偏差，确定目标腿部高度，包括：采用PI算法基于所述侧翻角度偏差，计算出倾角调整量；在倾角高度映射关系中查找出与所述倾角调整量对应的腿部高度，作为所述目标腿部高度，其中，所述倾角高度映射关系包括倾角调整量和腿部高度之间的对应关系。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述轮式双足机器人的髋关节模组按所述腿部高度调节参数进行调节，包括：控制所述髋关节模组采用PD算法将当前腿部高度调节至目标腿部高度范围内，所述目标腿部高度范围包括所述腿部高度调节参数对应的目标腿部高度。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的方法，其特征在于，所述运动状态参数包括机身前倾角度、机身前倾角速度、行进方向的位移和速度；所述根据所述运动状态参数，确定所述轮式双足机器人的平衡力矩调节参数，包括：采用所述运动状态参数对所述轮式双足机器人建立倒立摆模型，确定状态空间表达式；将基于LQR的状态反馈控制器代...

【专利技术属性】
技术研发人员：连志军，薛漫天，陈宗奎，王刚，
申请(专利权)人：深圳亿嘉和科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：