[發明專利]一種用于雙足機器人下臺階的穩定行走方法

有效

• 申請號: 202011473425.6
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112224300B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 沈方巖;曹丹丹;顧建軍;朱世強
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;B62D57/032;G01D21/02;G01S15/08;G01S15/88;G01L5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種用于雙足機器人下臺階的穩定行走方法，所述雙足機器人的足部包括足底觸地層和中間感知層，所述足底觸地層包含超聲波距離傳感器陣列；所述中間感知層包含壓力傳感器陣列；所述雙足機器人的足底為平面，行走方式為足底平行于地面的踏步式步態；其特征在于，所述穩定行走方法包括以下步驟：

(1)利用超聲波距離傳感器陣列，并輔以視覺傳感器進行臺階感知，完成雙足機器人下臺階的快速檢測，包括以下子步驟：

(1.1)通過雙足機器人的視覺傳感器獲得初始的臺階邊緣位置，足部靠近臺階；

(1.2)獲知臺階的高度差：由足底探出臺階的超聲波距離傳感器測量值和未探出臺階的超聲波距離傳感器測量值之差得到臺階的高度差；

(1.3)修正臺階邊緣位置：由超聲波距離傳感器陣列中探出臺階的超聲波距離傳感器和未探出臺階的超聲波距離傳感器的交界處擬合得到臺階邊緣位置擬合直線，作為修正后的臺階邊緣位置；

(1.4)獲知臺階的寬度：根據步驟(1.3)修正后的臺階邊緣位置，所述臺階的寬度為相鄰兩臺階邊緣位置的距離；

(2)根據步驟(1)獲得臺階感知信息后，利用超聲波距離傳感器陣列和壓力傳感器陣列，控制足部的下探過程和重心移動過程，完成雙足機器人下臺階的穩定行走，包括以下子步驟：

(2.1)足部的下探過程中，根據步驟(1)獲得臺階感知信息，足部靠近臺階，根據超聲波距離傳感器測量值，足底靠近臺階過程中下探速度由快到慢；

(2.2)足部的重心移動過程中，機器人重心的投影始終落于支撐足部與地面的接觸平面內，接觸平面根據壓力傳感器陣列得到。

2.根據權利要求1所述用于雙足機器人下臺階的穩定行走方法，其特征在于，在臺階感知過程中，足部超聲波距離傳感器隨足部運動，在部分或全部探出臺階時，持續探測并返回足底距離地面的高度，由不同傳感器返回的距離信息獲知臺階的高度差為：

其中，h_ST為該級臺階高度差，h_i為探出臺階傳感器返回的距離值，m為探出臺階傳感器的數量，l_i為未探出臺階傳感器返回的距離值，n為未探出臺階傳感器的數量。

3.根據權利要求2所述用于雙足機器人下臺階的穩定行走方法，其特征在于，足部超聲波距離傳感器隨足部運動，當傳感器越過臺階邊緣時，返回的距離傳感數值將產生顯著變化，根據傳感器在足部的安裝位置，以及足部運動速度，獲知并修正臺階邊緣的位置為：

其中，d_yi為傳感器i測得的臺階邊緣與足部未向前移動前足部中心初始位置的距離，v_ft為足部向前移動的速度，t_i為傳感器i返回的距離值發生顯著變化的時間，d_i為傳感器i與足部中心在足長方向上的距離，d_y＝a+bd_x為由探出臺階傳感器測得值線性回歸得到的臺階邊緣直線的表達式，(d_x，d_y)為臺階邊緣直線上的點，a、b為臺階邊緣直線表達式的待擬合系數。

4.根據權利要求3所述用于雙足機器人下臺階的穩定行走方法，其特征在于，足部超聲波距離傳感器和足底壓力傳感器在足部下探的過程中，根據安裝于足部各處的傳感器返回的不同數據，進一步探知該級臺階的寬度為：

其中，d_y1+a₁+bd_x1＝0為由超聲波距離傳感器測得值線性回歸得到的該級臺階邊緣直線的表達式，(d_x1，d_y1)為該級臺階邊緣直線上的點，a₁、b₁為該級臺階邊緣直線表達式的待擬合系數；d_y2+a₂+bd_x2＝0為由超聲波距離傳感器測得值線性回歸得到的下一級臺階邊緣直線的表達式，(d_x2，d_y2)為下一級臺階邊緣直線上的點，a₂、b₂為下一級臺階邊緣直線表達式的待擬合系數；w_ST為該級臺階的寬度。