[發明專利]雙足機器人及其行走控制方法

在審

• 申請號: 201810139466.8
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108297964A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 賀智威;劉利;唐斌;朱陽
• 申請（專利權）人: 坎德拉（深圳）科技創新有限公司
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G05D1/08
• 代理公司: 深圳市睿智專利事務所 44209
• 代理人: 郭文姬

本發明涉及一種雙足機器人及其行走控制方法，包括軀干和雙腿，機器人的軀干內設置有陀螺組件，該陀螺組件包括至少一對陀螺、用于控制陀螺主動偏轉的偏擺電機以及用于控制一對陀螺偏擺速度相同但偏擺方向相反的反向同步機構，該陀螺組件用于雙足機器人在抬起其中一條腿時產生與雙足機器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整機保持平衡。在整個行走過程中不需要控制機器人左右方向的重心，直接控制雙腳向前跨進前行即可，簡化了控制流程、降低了控制難度、行走速度也大幅提高。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及機器人行走的平衡控制技術。

背景技術

雙足機器人行走抬腳時，整機產生的重力矩使整機有向抬起一側傾倒的趨勢。為了控制雙足機器人抬腳時不發生傾倒，現有技術中，雙足機器人每跨一步都需調整機器人整機左右的平衡，而該平衡的調整又需將另一只腳所有的關節進行調整。例如，當要跨右腳時，需將重心調整到左腳上，然后將左腳做為支撐腳，同時抬起右腳向前走。同理，要跨左腳時，將重心調整到右腳上，然后將右腳做為支撐腳，同時抬起左腳向前走，以此類推，如此才可正常行走。但整個過程需要重復將重心左右調整，否則將無法行走或可能發生跌倒。因此控制流程復雜，且行走速度緩慢。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于避免現有技術的不足之處而提出一種簡化控制流程和提高行走速度的雙足機器人及其行走控制方法。

本發明解決所述技術問題所采用的技術方案為：

設計一種雙足機器人，包括軀干、大腿和小腿，軀干與大腿之間以及大腿和小腿之間分別設置有關節電機，機器人的軀干內設置有陀螺組件，該陀螺組件包括至少一對陀螺、用于控制陀螺主動偏轉的偏擺電機以及用于控制一對陀螺偏擺速度相同但偏擺方向相反的反向同步機構，該陀螺組件用于雙足機器人在抬起其中一條腿時產生與雙足機器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整機保持平衡。

進一步地，

所述陀螺組件設置在軀干內靠近大腿的位置。

所述陀螺組件還包括陀螺支架，陀螺、偏擺電機和反向同步機構均設置在陀螺支架上。

所述一對陀螺豎直平行設置，所述反向同步機構設置在一對陀螺上方，所述偏擺電機與反向同步機構聯接。

提供一種雙足機器人的行走平衡控制方法，基于所述機器人的軀干內至少包括一對偏擺速度相同但偏擺方向相反的陀螺，包括以下步驟：

① 關節電機驅動抬起一條腿，整機產生的重力矩使整機有向抬起一側傾倒的趨勢，此時陀螺偏擺產生與所述重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩使得整機保持平衡；

② 關節電機驅動抬起另一條腿，整機產生的重力矩使整機有向抬起另一側傾倒的趨勢，此時陀螺偏擺產生與所述重力矩方向相反的陀螺力矩使得整機保持平衡；

③ 重復步驟①至步驟②，雙足機器人實現連續行走。

進一步地，

在上述步驟①之前，雙足機器人軀干內裝設的偏擺電機將陀螺偏擺到最大可利用角度；

當雙足機器人上下樓梯時，通過傳感器感應樓梯的高度和寬度，雙足機器人根據樓梯的高度和寬度信息控制腳抬起的高度和重心前移的寬度。

在步驟①之前，檢測雙足機器人是否到達樓梯前面。

本發明由于通過至少一對陀螺對雙足機器人的行走平衡進行控制，與現有技術相比，本發明的技術效果在于：在整個行走過程中不需要控制機器人左右方向的重心，直接控制雙腳向前跨進前行即可，簡化了控制流程、降低了控制難度。由于不需要過多的控制相關電機及平衡的過程，所需控制的時間也大幅縮短，進而行走時的速度也大幅提高。同時，也降低了對傳感器要求，加強了機器人的機動靈活性。

附圖說明