双足步行式移动系统、其步行控制器及步行控制方法技术方案

公开了一种步行稳定性得到提高且能够以低能量消耗步行的双足步行式移动系统以及用于控制所述双足步行式移动系统的步行的装置和方法，本发明专利技术提供了用于所述双足步行式移动系统的步行控制器（３０），其中，步态数据由步态生成部分（３３）基于来自步态稳定化部分（３２）的参数生成，并基于所述步态数据对腿部的关节部（１５Ｌ、１５Ｒ至２０Ｌ、２０Ｒ）的驱动装置进行驱动控制，同时控制模式可选择性地在用于执行常规驱动控制的主动模式和用于以驱动控制被动关节相似的方式驱动控制驱动装置的被动模式之间切换，以驱动控制关节部，例如希望地，控制模式在主动模式和被动模式之间切换。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
双足步行式移动系统、其步行控制器及步行控制方法
本专利技术涉及一种双足步行式移动系统，具体地讲，涉及该系统中的能够使步行具有稳定性和低能量消耗的步行控制器。
技术介绍
现有技术中所谓的双足步行式机器人包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在本体上，并且每个腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于转动所述关节部；步态生成器，其用于根据目标动作生成步态数据；以及步行控制器，其用于基于步态数据驱动控制驱动装置。根据如此构造的双足步行式机器人，预定的步行模式(以下称为“步态”)数据由步态生成部分生成，驱动装置由步行控制器根据步态数据进行驱动控制，因此，双足步行能够通过根据预定的步行模式转动腿部、膝部和足部的各个关节部得到实现。在此，为了使步行姿势稳定，机器人的稳定化是被称作ZMP(零力矩点)补偿的ZMP调节的目标，在这种情况下，当每次地面反作用力和重力的合成力矩变为零时的机器人的足底上的点接近于目标值。顺便地讲，这种双足步行式机器人的各个关节部包括要通过驱动装置驱动的主动驱动关节，或要通过从驱动装置解放出来而能自由移动的被动关节。-->用于主动驱动作为驱动装置的各个致动器以转动关节部的驱动关节可通过移动腿部和足部实现步行。驱动关节具有这种优点，即能够通过主动地驱动关节部致动器相对自由地生成步态。然而，驱动关节由于主动使用致动器的转矩而会存在以下问题，例如通常会增加能量消耗，以及使使用数目更多的关节部的控制规则变得更加复杂。而且，存在这样一种问题，即自由步态的生成会受到ZMP调节规则的显著限制。另一方面，被动关节是这样的，即不使用致动器而是通过使用外力例如重力来被动地转动关节部。由于被动关节当双足步行时可只借助于外力转动关节部，因此可实现自然稳定性，并且ZMP可接近足底。此外，由于被动关节能节省能量消耗并可简化控制规则，因此可降低步行控制的计算成本。然而，由于被动关节是依靠外力例如重力等而被转动的，因此很难实现自由转动运动和自由步行。尽管驱动关节和被动关节具有如此互为相反的优点，但对于它们的研究均是彼此独立地进行的，并且绝大部分的传统的双足步行式机器人只使用了驱动关节。因此，如果使用只设有驱动关节的双足步行式机器人，用于驱动关节部的致动器的能量消耗就会增加。另一方面，只设有被动关节的步行式机器人作为玩具早已为大家所公知，但它们不能自由地步行，并且不具有足够的步行稳定性。尽管对组合了驱动和被动关节两者的优点的双足步行控制进行了研究，但其是对驱动和被动关节的简单组合，其中作为驱动关节的关节部一直充当驱动关节，相反，作为被动关节的关节部一直充当被动关节，并且它们实际上并不实用。-->
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供一种双足步行式移动系统、其步行控制器以及用于此的步行控制方法，以提高步行稳定性。上述目的是根据提供了一种双足步行式移动系统的本专利技术的第一个方面实现的，所述双足步行式移动系统包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动；以及步行控制器，其用于生成与预期动作对应的步态数据。其特征在于，所述步行控制器可选择性地切换执行常规驱动控制的主动模式和一个以与被动关节相同的方式驱动控制所述驱动装置的被动模式，从而可驱动控制每个关节部。根据本专利技术的双足步行式移动系统优选设有所述本体，所述本体是类人机器人的上体，并且连接有一个头部和两个手部。根据本专利技术的双足步行式移动系统优选是这样的，即主动模式和被动模式由所述步行控制器相对于膝部和足部的关节部进行切换。根据本专利技术的双足步行式移动系统优选是这样的，即主动模式用于步行动作中的抬腿和着地，同时模式可由所述步行控制器切换到用于自由足部状态的被动模式。根据本专利技术的双足步行式移动系统优选是这样的，即在被动模式中由所述步行控制器执行柔顺控制。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种作为本专利技术第二个方面的双足步行式移动系统的步行控制器，所述双足步行式移动-->系统包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动；其中，所述步行控制器用于生成与目标动作对应的步态数据，并根据步态数据驱动控制所述驱动装置。其特征在于，所述步行控制器可选择性地切换执行常规驱动控制的主动模式和一个以与被动关节相同的方式驱动控制所述驱动装置的被动模式，从而可驱动控制每个关节部。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制器优选是这样的，即主动模式和被动模式由所述步行控制器相对于膝部和足部的关节部进行切换。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制器优选是这样的，即主动模式用于步行动作中的抬腿和着地，同时该模式可由所述步行驱动器切换到用于自由足部状态的被动模式。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制器优选是这样的，即在被动模式中由所述步行控制器执行柔顺控制。为了实现上述目的，本专利技术又提供了一种作为本专利技术第三个方面的双足步行式移动系统的步行控制方法，所述双足步行式移动系统包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动，在此，所述双足步行式移动系统的步行控制方法根据生成的与目标动作对应的步态数据驱动控制所述-->驱动装置。其特征在于，所述步行控制方法可选择性地切换执行常规驱动控制的主动模式和一个以与被动关节相同的方式驱动控制所述驱动装置的被动模式，从而可驱动控制每个关节部。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制方法优选是这样的，即针对膝部和足部的关节部切换主动模式和被动模式。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制方法优选是这样的，即将驱动模式切换到用于步行动作中的抬腿和着地的主动模式，以及切换到用于自由足部状态的被动模式。根据本专利技术的双足步行式移动系统的步行控制方法优选是这样的，即在被动模式中由所述步行控制器执行柔顺控制。根据上述方面，步行控制器生成与目标动作对应的步态数据，并且基于所述步态数据驱动控制驱动装置。在这种情况下，由于步行控制器是在正确地切换驱动和被动模式的前提下驱动控制驱动装置的，因此在主动模式中由驱动装置驱动控制的关节部充当驱动关节，在被动模式中由驱动装置驱动控制的关节部充当被动关节。这样，由于相同的关节部充当由驱动或被动模式驱动控制的驱动和被动关节，因此，当双足步行式移动系统步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双足步行式移动系统，包括：　　　　本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动；以及步行控制器，其用于生成与预期动作对应的步态数据，并基于所述步态数据驱动控制所述驱动装置；　　　　　其特征在于：　　　　所述步行控制器可选择性地将移动系统的驱动模式切换到一个执行常规驱动控制的主动模式和一个以与被动关节相同的方式驱动控制所述驱动装置的被动模式，从而驱动控制各个关节部。

【技术特征摘要】
JP 2001-11-19 353500/20011.一种双足步行式移动系统，包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动；以及步行控制器，其用于生成与预期动作对应的步态数据，并基于所述步态数据驱动控制所述驱动装置；其特征在于：所述步行控制器可选择性地将移动系统的驱动模式切换到一个执行常规驱动控制的主动模式和一个以与被动关节相同的方式驱动控制所述驱动装置的被动模式，从而驱动控制各个关节部。2.如权利要求1所述的双足步行式移动系统，其特征在于，所述本体是设有一个头部和两个手部的类人机器人的上体。3.如权利要求1或2所述的双足步行式移动系统，其特征在于，所述步行控制器针对膝部和足部的关节部切换主动模式和被动模式。4.如权利要求3所述的双足步行式移动系统，其特征在于，所述步行控制器可将驱动模式切换到用于步行动作中的抬腿和着地的主动模式，并且可切换到用于自由足部状态的被动模式。5.如权利要求1至4中任一所述的双足步行式移动系统，其特征在于，所述步行控制器在被动模式中执行柔顺控制。6.一种用于双足步行式移动系统的步行控制器，所述步行控制器包括：本体；设在本体下部两侧的一对腿部，每个所述腿部分别以可沿两轴方向转动的方式连接在所述本体上，并且每个所述腿部在其中间部位具有膝部，在其下端具有足部，所述足部以可沿两轴方向转动的方式连接在它们相应的腿部上；关节部，它们支承着所述腿部、膝部和足部，以带动它们转动；驱动装置，其用于使所述关节部转动；所述用于双足步行式移动系统的步行控制器基于与预期动作相对应地生成的步态数据驱动控制所述驱动装置；其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：古田贵之，奥村悠，田原哲雄，北野宏明，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：JP[日本]