[發明專利]一種復雜地形仿人機器人自適應平衡控制方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201811034592.3
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN108858208B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 劉飛;楊洪勇;趙玫;張淑寧;唐莉;劉慧霞;韓輔君;陳虎;楊怡澤;李玉玲;劉遠山
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 劉志毅

1.一種復雜地形仿人機器人自適應平衡控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

建立機器人的連桿模型；

以所述連桿模型為基礎，依據機器人實際關節角度值計算出相應的落腳點；

由機器人實際落腳點與規劃目標點的差距對機器人關節角度值進行調整；

監測機器人運動時的質心運動軌跡，同時接收陀螺儀傳感器數據，利用零力矩點判斷機器人是否處于平衡狀態；

當機器人處于非平衡狀態時接收機器人的關節角度反饋值和陀螺儀傳感器數據，利用PID平衡控制算法以及三維倒立擺模型對機器人足部運動軌跡進行優化調整；所述利用PID平衡控制算法以及三維倒立擺模型對機器人足部運動軌跡進行優化調整，包括以下步驟：通過關節傳感器實時接收關節角度反饋值；利用此時的關節角度反饋值，通過基于IMU和關節角度反饋值補償到膝關節以及基于陀螺儀傳感器補償到踝關節的平衡控制算法進行相應調整，以保持平衡狀態；

引入不同運動狀態建立機器人運動平衡控制系統，接收陀螺儀傳感器以及慣性傳感器數據信息并進行處理，使機器人自適應地進行運動過程中的平衡控制；

基于CMA-ES進化策略算法優化機器人的關節角度值及相應參數；所述基于CMA-ES進化策略算法優化機器人的關節角度值及相應參數，包括：

基于CMA-ES進化策略算法，建立不同運動條件下的任務模型；

根據自適應平衡控制系統，利用δ(0)任務模型對不同運動條件進行關節角度值及相應參數優化；所述δ(0)任務模型，用來評定一段優化過程中機器人行走的穩定狀態，由一段行走過程中摔倒的次數，行走距離，行走時間和完成行走后與規劃目標點的誤差計算得到。

2.如權利要求1所述的一種復雜地形仿人機器人自適應平衡控制方法，其特征在于，所述由機器人實際落腳點與規劃目標點的差距對機器人關節角度值進行調整，包括以下步驟：

由實際落腳點的位置推導出實際運動過程中的相應關節角度值，同時將目標落腳點相對于髖關節的位置作為輸入值進行推導，求得期望達到的相應關節角度值；

將所述期望達到的相應關節角度值與實際落腳點求得的實際關節角度值之間的差值作為補償值反饋到關節傳感器，在下一運動周期對關節角度值進行補償。

3.如權利要求1所述的一種復雜地形仿人機器人自適應平衡控制方法，其特征在于，所述不同運動狀態，包括：慢走，快走，旋轉，起身，坐下。

4.如權利要求1所述的一種復雜地形仿人機器人自適應平衡控制方法，其特征在于，所述使機器人自適應地進行運動過程中的平衡控制，包括：

依據機器人的加速度及角速度信息，利用角動量定理來計算機器人受到的力的大小及方向；

根據反作用零空間理論建立仿人機器人的穩定模型；

采用髖關節角度值調整策略來應對干擾力，使機器人在受到一定大小范圍的外力干擾的情況下能夠保持平衡，并在外力干擾消失后能夠恢復原有穩定姿態。