[發(fā)明專利]用于控制機器人步態(tài)的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310156007.8
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103895020B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設計）人: 李碩遠;梁佑誠
• 申請（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動車株式會社
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11322
• 代理人: 龍淳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于穿著者的行走速度和該穿著者的預期步態(tài)來控制可穿戴式機器人的步態(tài)的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及一種用于減少可穿戴式行走機器人的負載的步態(tài)控制算法。當穿著機器人的穿著者行走時，如果該機器人沒有正確地反映穿著者的預期步態(tài)，則穿著者將感覺到來自該機器人的負載，并且當該穿著者行走時，該負載將表現(xiàn)為不穩(wěn)定。

為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種確定穿著者預期行走的速度的控制算法，并提供一種與擺動腳的預期運動相對應的假想反作用力，從而減小由機器人產(chǎn)生的負載。

現(xiàn)有的可穿戴式機器人主要利用力/力矩傳感器來確定穿著者的預期步態(tài)。然而，這種方法要求實施解決當穿著者行走時由傳感器的抖振現(xiàn)象和噪音產(chǎn)生所引起的問題的措施。此外，傳感器是非常昂貴的，并且需要額外的放大器電路和信號處理板。

因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以最大限度地減少對傳感器的使用。例如，可以在機器人的每只腳的腳底上設置一個比較便宜的接通/關(guān)斷開關(guān)，以確定該穿著者的預期步態(tài)。

在題為“可穿戴式機器人的腳傳感器設備及用于使用相同設備確定用戶意圖的方法”(Foot sensor apparatus for wearable robot and method for determining intension of user using the same)的韓國專利注冊號10-1179159B1中提出一種常規(guī)技術(shù)的代表性示例。該常規(guī)設備包括第一傳感器，其設置在可穿戴式機器人的每只腳的上表面上、穿著者的腳的腳趾放置的位置上；第二傳感器，其設置在機器人的每只腳的上表面上、穿著者的腳的跖球放置的位置上；第三傳感器，其設置在機器人的每只腳的上表面上、穿著者的腳的腳跟的位置上；以及控制器，其基于來自第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器的信號確定穿著者的預期步態(tài)。

當負載被應用于第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器時，相應的傳感器接通；而當沒有負載應用于其中時，傳感器關(guān)斷。當?shù)谝粋鞲衅鳌⒌诙鞲衅骱偷谌齻鞲衅髅總€都被關(guān)斷時，該控制器確定穿著者的那只腳是在空中。當?shù)谝粋鞲衅鹘油ǘ诙鞲衅骱偷谌齻鞲衅髅總€都被關(guān)斷時，該控制器確定該腳處于跖曲(plantar-flexion)狀態(tài)。當?shù)谝粋鞲衅骱偷诙鞲衅髅總€都關(guān)斷而第三傳感器接通時，該控制器確定該腳處于腳跟著地狀態(tài)。當?shù)谝弧⒌诙偷谌齻鞲衅鞫冀油〞r，控制器確定穿著者的整只腳都與機器人的那只腳接觸，并且穿著者站立在地面上。

然而，在利用上述常規(guī)方法時，難以精確地確定穿著者的預期步態(tài)并且積極地、可變地控制該機器人。此外，傳感器的數(shù)量比較大，因此增加生產(chǎn)成本。

應理解的是，提供上述說明僅僅是為了幫助理解本發(fā)明，而并不意味著本發(fā)明落在相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種基于穿著者的行走速度和預期步態(tài)來控制可穿戴式機器人的步態(tài)的方法和系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供一種用于控制機器人步態(tài)的方法，包括以下步驟：確定機器人是否正在行走，并且如果確定正在行走，則確定機器人行走的方向；測量機器人的一只腳的腳底踩在地面上的時間量；利用三角函數(shù)計算施加到腳底的假想反作用力，其中三角函數(shù)將所測量的腳底踩在地面上的時間量作為周期；以及將所計算的假想反作用力應用于雅可比轉(zhuǎn)置矩陣，并將假想反作用力轉(zhuǎn)換成用于機器人的下肢關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩。

轉(zhuǎn)換步驟可包括檢查機器人那只腳的腳底是否已經(jīng)離開地面。

檢查步驟可以包括當機器人的腳的腳底離開地面時，將驅(qū)動力矩施加到與所述腳底相關(guān)聯(lián)的下肢關(guān)節(jié)。

確定步驟可以包括利用設置在機器人的腳的腳底上的表面接觸傳感器確定機器人是否正在行走，并且所述測量步驟包括利用表面接觸傳感器，測量機器人的所述腳的腳底踩在地面上的時間量。

計算步驟可以包括將三角函數(shù)乘以預設的大小值來計算假想反作用力。

計算步驟可以包括根據(jù)機器人行走的方向，改變假想反作用力的x軸分量的符號。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種用于控制機器人步態(tài)的系統(tǒng)，包括：表面接觸傳感器，設置在機器人的一只腳的腳底上；和控制單元，利用表面接觸傳感器測量機器人的行走狀態(tài)和方向、以及腳底踩在地面上所需的時間量，該控制單元利用三角函數(shù)計算施加到腳底的假想反作用力，其中所述三角函數(shù)將所測量的腳底踩在地面上的時間量作為周期，并且該控制單元將所計算的假想反作用力應用于雅可比轉(zhuǎn)置矩陣，以便將假想反作用力轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動機器人的下肢關(guān)節(jié)的力矩。