[發明專利]一種雙足機器人地形分類系統

有效

• 申請號: 201811118835.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109249429B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 劉陽;劉珂
• 申請（專利權）人: 安徽果力智能科技有限公司
• 主分類號: B25J19/02
• 分類號: B25J19/02
• 代理公司: 合肥匯融專利代理有限公司 34141
• 代理人: 趙宗海

本發明公開了一種雙足機器人地形分類系統，該系統包括：1個加速度計，1個力傳感器，2個觸覺傳感器，1個數據處理單元；數據處理單元能夠接收來自所有傳感器的數據，并對數據進行分析以推測當前地形。該系統融合多種傳感器采集的數據，利用各傳感器獲取數據的互補特性，進行機器人所處地形種類的判別，具有較高的分類準確率和魯棒性。

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別是涉及一種雙足機器人地形分類系統。

背景技術

雙足機器人與輪式及其他多足機器人相比，更能適應復雜的地形，具有更加靈活的運動方向和速度變化范圍。然而在其工作過程中，如果雙足機器人無法準確辨別其所在地形，也就無法及時改變行走步態，其靈活性便無法施展。因此對地形的感知對于雙足機器人來說具有重要意義。已有的雙足機器人地形感知方法多依靠單一傳感器采集的數據進行，因此極有可能在該單一傳感器數據出現異常時方法失效。本發明面向雙足機器人，通過機器人平臺不同位置上安裝的加速度計、力傳感器和觸覺傳感器收集的數據進行分析，獲取機器人所在地形的種類，據此機器人可調整步態來適應地形。利用不同位置上各種傳感器的互補特性，幫助實現地形種類的更加準確高效的估計。

發明內容

本發明技術克服現有技術的不足，解決了雙足機器人地形分類的問題。

為解決上述問題，本發明公開了一種雙足機器人地形分類系統，如附圖1與附圖2所示，該系統包括：1個加速度計，1個力傳感器，2個觸覺傳感器，1個數據處理單元；其中，加速度計安裝在機器人的重心處，力傳感器安裝在機器人膝關節部位，2個觸覺傳感器分別安裝在同一只腳的腳底的前部和后部，力傳感器和2個觸覺傳感器安裝在機器人同一側的腿部和腳部，數據處理單元能夠接收來自所有傳感器的數據，并執行地形判別算法，具體如下：

步驟1：在系統上電時初始化，令行走步數k＝0，第k行走步數的截斷時刻t_k為系統當前時間，根據機器人當前所處地形種類確定第k行走步數的地形最終預測的概率向量x_k，其中為L×1的向量，L為地形種類總數，i＝1,2,..·,L表示第i種地形的最終預測概率，如果確切可知機器人處在第i種地形，則且

步驟2：實時獲取加速度計的垂直于地面的軸的加速度數據、力數據、觸覺數據的時間序列；

步驟3：監測加速度數據，當加速度數據達到極小值時，k自增1，并令t_k為系統當前時間；

步驟4：截取t_k-1與t_k之間的加速度數據、力數據、觸覺數據的時間序列，分別得到第k行走步數的加速度數據幀、力傳感器數據幀、觸覺數據幀A與觸覺數據幀B，其中，A對應腳底前部觸覺傳感器產生的數據幀，B對應腳底后部觸覺傳感器產生的數據幀；

步驟5：對第k行走步數的加速度數據幀、力傳感器數據幀、觸覺數據幀A與觸覺數據幀B分別進行特征提取，得到每個數據幀的特征，并將這4個數據幀的特征串聯起來得到1個8維的特征向量，即為第k行走步數的樣本；該步驟所涉及的特征提取方式為：

先對每個數據幀進行快速傅里葉變換，獲取該數據幀的頻譜向量v＝[v₁,v₂,···,v_n]，其中v_e,e＝1,2,···,n表示頻率e對應的幅值；然后計算該數據幀的特征向量f＝[f₁,f₂]，具體為

步驟6：將第k行走步數的特征向量輸入到事先訓練好的支持向量機當中，得到第k行走步數的地形初步預測的概率向量其中i＝1,2,···,L表示第i種地形的初步預測概率；