[發(fā)明專(zhuān)利]機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法、有限狀態(tài)機(jī)和機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010073668.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113156926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王岳嵩;董浩;楊國(guó)平;趙明國(guó);熊友軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

本發(fā)明涉及機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法、有限狀態(tài)機(jī)和機(jī)器人，該建立方法包括：將每種機(jī)器人狀態(tài)分別劃分為規(guī)劃進(jìn)入階段、實(shí)際進(jìn)入階段、狀態(tài)持續(xù)階段以及狀態(tài)結(jié)束與跳轉(zhuǎn)階段；其中，加速相和減速相各自的規(guī)劃進(jìn)入階段與對(duì)應(yīng)的實(shí)際進(jìn)入階段分別相重合；對(duì)機(jī)器人在加速相、騰空相和減速相中各個(gè)不同階段之間進(jìn)行的狀態(tài)切換進(jìn)行檢測(cè)，得到對(duì)應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果；根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果，更新機(jī)器人對(duì)應(yīng)的狀態(tài)信息；根據(jù)更新后的狀態(tài)信息，控制機(jī)器人在加速相、騰空相和減速相中各個(gè)不同的階段進(jìn)行切換以控制機(jī)器人進(jìn)行連續(xù)跳躍。上述機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法，大大提高了機(jī)器人連續(xù)跳躍的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法、有限狀態(tài)機(jī)和機(jī)器人。

背景技術(shù)

在機(jī)器人的行走理論中，主要是通過(guò)控制零力矩點(diǎn)的位置，產(chǎn)生機(jī)器人水平方向的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中的平衡問(wèn)題。由于騰空狀態(tài)中，機(jī)器人與地面沒(méi)有力作用，機(jī)器人處于自由落體狀態(tài)，著地時(shí)的運(yùn)動(dòng)模型和動(dòng)力學(xué)方程完全不適用，上述方法不適用于機(jī)器人的連續(xù)跳躍和奔跑。因此，在處理機(jī)器人跳躍和奔跑運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，急需建立一種判定機(jī)器人所處狀態(tài)的方法或模型，以決定機(jī)器人所處的狀態(tài)，從而確定該時(shí)刻下機(jī)器人執(zhí)行的行為。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供一種機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法、有限狀態(tài)機(jī)和機(jī)器人，能夠通過(guò)將連續(xù)跳躍模型中每種機(jī)器人狀態(tài)劃分為規(guī)劃進(jìn)入階段、實(shí)際進(jìn)入階段、狀態(tài)持續(xù)階段以及狀態(tài)結(jié)束與跳轉(zhuǎn)階段，進(jìn)而建立有限狀態(tài)機(jī)，能夠在機(jī)器人跳躍過(guò)程中實(shí)時(shí)獲取下一時(shí)刻機(jī)器人的更新?tīng)顟B(tài)信息，進(jìn)而輸出機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制指令，使機(jī)器人根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)指令在加速相、騰空相和減速相中各個(gè)不同階段之間進(jìn)行狀態(tài)切換，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的可變高度跳躍、可變騰空時(shí)間跳躍、可變跳躍軌跡跳躍以及連續(xù)跳躍，大大提高了機(jī)器人連續(xù)跳躍的穩(wěn)定性。

一種機(jī)器人的有限狀態(tài)機(jī)的建立方法，應(yīng)用于機(jī)器人的連續(xù)跳躍模型，連續(xù)跳躍模型中機(jī)器人狀態(tài)包括加速相、騰空相和減速相，建立方法包括：

將每種機(jī)器人狀態(tài)分別劃分為規(guī)劃進(jìn)入階段、實(shí)際進(jìn)入階段、狀態(tài)持續(xù)階段以及狀態(tài)結(jié)束與跳轉(zhuǎn)階段；其中，加速相和減速相各自的規(guī)劃進(jìn)入階段與對(duì)應(yīng)的實(shí)際進(jìn)入階段分別相重合；

對(duì)機(jī)器人在加速相、騰空相和減速相中各個(gè)不同階段之間進(jìn)行的狀態(tài)切換進(jìn)行檢測(cè)，得到對(duì)應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果；

根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果，更新機(jī)器人對(duì)應(yīng)的狀態(tài)信息；

根據(jù)更新后的狀態(tài)信息，控制機(jī)器人在加速相、騰空相和減速相中各個(gè)不同的階段進(jìn)行切換以控制機(jī)器人進(jìn)行連續(xù)跳躍。

在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)機(jī)器人在加速相、騰空相和減速相之間進(jìn)行的循環(huán)狀態(tài)切換進(jìn)行檢測(cè)，得到對(duì)應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果的步驟包括：

計(jì)算機(jī)器人的質(zhì)心豎直方向速度并獲取對(duì)應(yīng)的速度方向和速度變化方向，判斷質(zhì)心豎直方向速度的大小是否大于預(yù)設(shè)速度閾值；

當(dāng)質(zhì)心豎直方向速度大于預(yù)設(shè)速度閾值且速度方向和對(duì)應(yīng)的速度變化方向向上時(shí)，判斷機(jī)器人處于加速相中的狀態(tài)持續(xù)階段；

根據(jù)質(zhì)心加速度規(guī)劃軌跡獲取機(jī)器人從加速相進(jìn)入騰空相的規(guī)劃切換時(shí)刻并判斷規(guī)劃切換時(shí)刻是否到來(lái)，當(dāng)規(guī)劃切換時(shí)刻到來(lái)時(shí)，判斷機(jī)器人進(jìn)入加速相的狀態(tài)結(jié)束與跳轉(zhuǎn)階段，并在下一控制周期進(jìn)入騰空相的規(guī)劃進(jìn)入階段；

計(jì)算機(jī)器人足底與地面之間的豎直方向作用力并獲取對(duì)應(yīng)的作用力變化方向，判斷豎直方向作用力是否小于或等于第一預(yù)設(shè)作用力閾值；

當(dāng)作用力變化方向?yàn)橹饾u變小且豎直方向作用力小于或等于第一預(yù)設(shè)作用力閾值時(shí)，判斷機(jī)器人進(jìn)入騰空相的實(shí)際進(jìn)入階段，并在下一控制周期處于騰空相中的狀態(tài)持續(xù)階段；

當(dāng)所述豎直方向作用力小于或等于所述第一預(yù)設(shè)作用力閾值且保持不變時(shí)時(shí)，判斷所述機(jī)器人處于所述騰空相中的狀態(tài)持續(xù)階段；