[發明專利]一種基于撞擊預測和主動順應的機器人跌倒保護方法及系統

有效

• 申請號: 202010670711.5
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN112025698B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 羅定生;吳璽宏;張祥琦;袁逸凡;方帥;劉天林
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/08;B25J17/02
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

1.一種基于撞擊預測和主動順應的機器人跌倒保護方法，其特征在于，包括以下步驟：

在機器人受到推力后，應用預先訓練完成的跌倒保護控制模型計算得到機器人的運動控制參數；

根據機器人的運動控制參數進行撞擊預測，得到預測的機器人撞擊地面的時刻；

根據機器人的運動控制參數和預測的機器人撞擊地面的時刻，對機器人進行主動順應，實現機器人跌倒保護；

所述跌倒保護控制模型是傳感器數值到運動控制參數的映射模型，所述運動控制參數包括四部分：

第一部分參數為w₁～w₆，用于控制觸地前身體的姿態，其中w₁表示機器人肩關節的俯仰角，w₂表示機器人肩關節的翻滾角，w₃表示機器人肘關節的翻滾角，w₄表示機器人髖關節的俯仰角，w₅表示機器人髖關節的翻滾角，w₆表示機器人膝關節的俯仰角；

第二部分參數為w₇～w₉，用于控制觸地后關節的扭矩，其中w₇表示機器人髖關節的扭矩變化的速度，w₈表示機器人膝關節的扭矩變化的速度，w₉表示機器人肘關節的扭矩變化的速度；

第三部分參數為w₁₀～w₁₂，用于控制觸地后關節的角度，其中w₁₀表示機器人髖關節的角度變化的速度，w₁₁表示機器人膝關節的角度變化的速度，w₁₂表示機器人肘關節的角度變化的速度；

第四部分參數為w₁₃、w₁₄，用于計算開始主動順應的時間，其中左右手觸地后主動順應開始的時間分別為t₁和t₂，由下式計算得到：

t₁＝w₁₃/*H-w₁₄*θ

t₂＝w₁₃/*H+w₁₄*θ

其中，w₁₃表示機器人質心高度對撞擊地面時刻的影響的大小，w₁₄表示機器人跌倒開始時質心移動方向與垂直地面方向的夾角對撞擊地面時刻的影響的大小，H表示機器人質心高度，θ表示機器人跌倒開始時質心移動方向與垂直地面方向的夾角。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在機器人受到推力后，首先進行跌倒檢測，包括：讀取傳感器數值并判斷其是否超過閾值，如果超過則進行跌倒保護，如果沒超過則繼續執行當前正在執行的任務。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在進行所述撞擊預測之前，對機器人進行三角支撐，包括：

控制機器人的肩關節的俯仰角、肩關節的翻滾角和肘關節分別轉動到w₁、w₂和w₃參數代表的角度，機器人因此完成向前伸臂動作；

控制機器人的髖關節的俯仰角、髖關節的翻滾角和膝關節分別轉動到w₄、w₅和w₆參數代表的角度，機器人因此完成向前邁步動作。

4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述撞擊預測包括：使用參數w₁₃、w₁₄計算得到兩只手臂撞擊地面的時刻t1和t2。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述主動順應包括：在t₁時刻控制左臂開始主動順應，t₂時刻控制右臂開始主動順應，控制機器人的髖關節、膝關節、肘關節的扭矩分別以w₇、w₈和w₉的參數作為速度開始變化，控制機器人的髖關節、膝關節、肘關節的角度分別以w₁₀、w₁₁和w₁₂的參數作為速度開始變化。