双足机器人、人形机器人及其运动控制方法、系统、介质技术方案

本申请提供了双足机器人、人形机器人及其运动控制方法、系统、介质，该运动控制方法包括：根据双足机器人的运动指令，计算双足机器人完成运动指令指示的运动时关节模组的关节扭矩值；根据关节扭矩值和电流

【技术实现步骤摘要】
双足机器人、人形机器人及其运动控制方法、系统、介质


[0001]本申请涉及机器人及其控制
，尤其涉及双足机器人、人形机器人及其运动控制方法、系统、介质。

技术介绍

[0002]双足机器人具有与人类相似的运动方式，能够在人类活动的各种复杂环境中自由移动。同时，人类一直希望创造出与人类自身类似的机器人，用于娱乐教育、医疗保健、军事、工业制造、恶劣危险环境作业和救援等领域。双足机器人拥有巨大的发展潜力，已经成为机器人领域的研究热点，并代表着机器人技术的综合发展水平。
[0003]在目前的双足机器人设计及其控制方案中，通常在双足机器人的关节模组中集成有扭矩传感器，例如，在谐波减速器和电机构成的关节结构中，将扭矩传感器设置在置在谐波减速器与电机外壳之间且与谐波减速器相连，从而通过扭矩传感器检测谐波减速器的输出扭矩并反馈至双足机器人的控制模块，进而控制模块基于输出扭矩的反馈对双足机器人进行运动控制。
[0004]在上述方案中，由于扭矩传感器和谐波减速器抵抗冲击的能力较弱，不具备抵抗高强度冲击力的能力。在高动态运动过程中，通常会产生高强度冲击力，而致使扭矩传感器和谐波减速器无法承受该高强度冲击力的冲击直接损坏或性能降低，使得双足机器人不能满足高动态运动的需求，无法完成高动态运动，例如动态行走、跑和跳跃等。

技术实现思路

[0005]为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供双足机器人、人形机器人及其运动控制方法、系统、介质，通过提升关节模组的抗冲击能力并通过电机的输入电流控制关节扭矩的精准输出，为双足机器人提供可靠的硬件基础和精准地扭矩控制方案，以满足双足机器人的高动态运动需求。
[0006]第一方面，本申请提供了一种双足机器人的运动控制方法，包括：首先，根据双足机器人的运动指令，计算双足机器人完成运动指令指示的运动时关节模组的关节扭矩值；应理解，运动指令是指指示双足机器人执行运动的指令，基于运动指令可以获取相应运动参数信息，例如用户输入的运动速度指令或参考位置指令等；其中，该双足机器人的关节模组包括行星减速器和电机，但不包括扭矩传感器；其次，根据关节扭矩值和电流
‑
扭矩映射关系，确定关节模组中电机的输入电流值，其中，电流
‑
扭矩映射关系是关节模组中电机的输入电流与行星减速器的输出扭矩之间的对应关系；上述确定输入电流值是指获取输入电流值，其具体方式可以是计算方式或者查询映射关系表等；最后，根据输入电流值控制关节模组中电机的输入电流，进而控制关节模组中行星减速器的输出扭矩，以使得双足机器人完成运动指令指示的运动。应理解，上述控制关节模组中行星减速器的输出扭矩是针对双足机器人中的所有关节进行控制，或者是针对运动
指令指示的运动所涉及的需要输出扭矩的关节进行控制。
[0007]基于上述第一方面中提供的技术方案，可以实现以下有益效果：由于双足机器人的关节模组使用包括行星减速器和电机但不包括扭矩传感器的结构，行星减速器相比其它减速器具有更强的抗冲击能力并且减少了抗冲击能力弱的扭矩传感器，因此增加了关节模组的抗冲击能力，在双足机器人在进行高动态运动过程中具有更好的抗冲击能力，可以有效降低行星减速器的输出扭矩受外界冲击力的影响，使得行星减速器的输出扭矩的实际扭矩值大小与运动指令指示的运动时关节模组的关节扭矩值之间的误差被大幅降低，从而保证关节扭矩的精准输出，提升关节模组的硬件可靠性，从而为双足机器人的高动态运动提供可靠的硬件基础和准确地扭矩控制，提升双足机器人的运动性能，以满足双足机器人的高动态运动需求，能更好地执行高动态运动的运动指令。
[0008]可选的，在第一方面的一些可能的实现方式中，若运动指令为用户输入的运动速度指令或参考位置指令，上述根据双足机器人的运动指令，计算双足机器人完成运动指示的运动时关节模组的关节扭矩值，包括：首先，根据运动速度指令或参考位置指令计算双足机器人的机身参考运动加速度；其中，机身参考运动加速度是指双足机器人在参考位置时的运动加速度，参考位置是双足机器人完成运动速度指令指示的运动之后所处的位置；其次，使用双足机器人的机身参考运动加速度，基于二次规划进行最优值求解，得到接触力和关节模组的运动加速度；其中，求解出的运动加速度和接触力均属于最优解，接触力是指双足机器人的足端与地面接触时，地面接触位置反作用于足端的力，即足端接触力；最后，使用双足机器人的动力学方程式，对接触力和关节模组的运动加速度进行计算得到关节模组的关节扭矩值；应理解，由于接触力和关节模组的运动加速度均是基于最优值求解计算得到的最优值，因此基于接触力和关节模组的运动加速度计算得到的关节扭矩值也属于最优值。
[0009]在该种可能的实现方式中，由于关节模组的关节扭矩值是基于双足机器人的动力学方程式，以及二次规划进行最优值求解可以使得计算出的，应理解，二次规划会建立相应的目标函数和约束条件进行最优值求解，因此可以使得计算出的关节扭矩值更符合双足机器人的运动需求，尤其是高动态运动，实现对双足机器人的关节扭矩的精准控制，提升双足机器人的运动性能。
[0010]可选的，在第一方面的一些可能的实现方式中，上述基于二次规划进行最优值求解的约束条件中包括：双足机器人的足端与地面接触时所需满足的运动学约束条件。
[0011]应理解，双足机器人在运动过程中其足端与地面有接触，接触时为了保证双足机器人的运动姿态，需要满足相应的运动学约束条件，否则双足机器人可能不能保持运动姿态，甚至无法站立。
[0012]可选的，在第一方面的一些可能的实现方式中，上述运动学约束条件包括：接触力约束条件或接触保持约束条件中的至少一项；其中，接触力约束条件用于将关节模组的接触力限制在双足机器人的足端与地面
接触位置之间的摩擦力所允许的范围内；接触保持约束条件用于约束双足机器人的足端与地面接触位置，保持两者之间不发生相对位移。
[0013]可选的，在第一方面的一些可能的实现方式中，除上述接触力约束条件和接触保持约束条件之外，基于二次规划进行最优值求解的约束条件中还可以包括：双足机器人的全身动力学约束条件或关节模组的关节扭矩约束条件中至少一项；其中，全身动力学约束条件用于约束关节模组的关节扭矩值满足双足机器人的动力学方程式；关节扭矩约束条件用于限制关节模组的关节扭矩值在关节模组可承受的关节扭矩大小范围内；换言之，关节模组的关节扭矩值在关节模组的最小关节扭矩值和最大关节扭矩值之间。
[0014]通常来说，二次规划的约束条件中，约束条件越多，求解出的最优值也更准确，本申请中也不例外，因此，本申请中相比缺少上述四个约束条件中一个或多个的约束条件时且求解出的最优值，基于基于二次规划进行最优值求解的约束条件同时包括：接触力约束条件、接触保持约束条件、双足机器人的全身动力学约束条件和关节模组的关节扭矩约束条件时求解出的最优值更加准确。
[0015]在上述基于二次规划进行最优值求解的约束条件对应的实现方式中，由于在最优值求解过程中考虑了接触力约束条件、接触保持约束条件、双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双足机器人的运动控制方法，其特征在于，包括：根据所述双足机器人的运动指令，计算所述双足机器人完成所述运动指令指示的运动时关节模组的关节扭矩值，其中，所述双足机器人的关节模组包括行星减速器和电机，但不包括扭矩传感器；根据所述关节扭矩值和电流
‑
扭矩映射关系，确定所述关节模组中电机的输入电流值，其中，所述电流
‑
扭矩映射关系是所述关节模组中电机的输入电流与行星减速器的输出扭矩之间的对应关系；根据所述输入电流值控制所述关节模组中电机的输入电流，进而控制所述关节模组中行星减速器的输出扭矩，以使得所述双足机器人完成所述运动指令指示的运动。2.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述运动指令为用户输入的运动速度指令或参考位置指令，所述根据所述双足机器人的运动指令，计算所述双足机器人完成所述运动指令指示的运动时关节模组的关节扭矩值，包括：根据所述运动速度指令或所述参考位置指令，计算所述双足机器人的机身参考运动加速度；使用所述机身参考运动加速度，基于二次规划进行最优值求解，得到接触力和关节模组的运动加速度；使用所述双足机器人的动力学方程式，对所述接触力和所述关节模组的运动加速度进行计算得到所述关节扭矩值。3.根据权利要求2所述的运动控制方法，其特征在于，所述基于二次规划进行最优值求解的约束条件中包括：所述双足机器人的足端与地面接触时所需满足的运动学约束条件。4.根据权利要求3所述的运动控制方法，其特征在于，所述运动学约束条件包括：接触力约束条件，和/或接触保持约束条件；其中，所述接触力约束条件用于将所述关节模组的接触力限制在所述双足机器人的足端与地面接触位置之间的摩擦力所允许的范围内；所述接触保持约束条件用于约束所述双足机器人的足端与地面接触位置，保持两者之间不发生相对位移。5.根据权利要求4所述的运动控制方法，其特征在于，所述基于二次规划进行最优值求解的约束条件中还包括：所述双足机器人的全身动力学约束条件，和/或所述关节模组的关节扭矩约束条件；其中，所述全身动力学约束条件用于约束所述关节模组的关节扭矩值满足所述双足机器人的动力学方程式；所述关节扭矩约束条件用于限制所述关节模组的关节扭矩值在所述关节模组可承受的关节扭矩大小范围内。6.一种双足机器人，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈悰，
申请(专利权)人：深圳逐际动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：