[發(fā)明專利]一種用于雙足機(jī)器人下臺(tái)階的穩(wěn)定行走方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011473425.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112224300B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈方巖;曹丹丹;顧建軍;朱世強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): B62D57/024
• 分類號(hào): B62D57/024;B62D57/032;G01D21/02;G01S15/08;G01S15/88;G01L5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于雙足機(jī)器人下臺(tái)階的穩(wěn)定行走方法，采用該方法的雙足機(jī)器人在臺(tái)階處下行行走時(shí)，可利用足部安裝的各類傳感器，快速獲知臺(tái)階的邊緣和高度信息，同時(shí)通過(guò)重心調(diào)整和足部動(dòng)作，采用足部下探的方式行走，并根據(jù)足部傳感器信息和下探結(jié)果實(shí)現(xiàn)重心移動(dòng)和穩(wěn)定臺(tái)階行走。該方法可有效避免雙足機(jī)器人在遇到臺(tái)階下行等較危險(xiǎn)地形時(shí)，難以獲知準(zhǔn)確臺(tái)階信息進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整而導(dǎo)致的機(jī)器人行走失穩(wěn)甚至傾倒的現(xiàn)象。該方法使用足部進(jìn)行臺(tái)階感知具有執(zhí)行快速、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，同時(shí)由于該方法主要依靠機(jī)器人足部，對(duì)具體構(gòu)型無(wú)要求，適用于各類雙足機(jī)器人，可顯著改善機(jī)器人在臺(tái)階處的穩(wěn)定行走能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于雙足機(jī)器人下臺(tái)階的穩(wěn)定行走方法。

背景技術(shù)

雙足機(jī)器人是一種使用腿足式身體結(jié)構(gòu)和仿人步態(tài)行走的機(jī)器人，其優(yōu)勢(shì)在于雙足行走帶來(lái)的多種地形行走能力和強(qiáng)大運(yùn)動(dòng)能力，區(qū)別于輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其在臺(tái)階、溝坎等非平整地形處仍可保持較強(qiáng)的通過(guò)能力。目前的雙足機(jī)器人已實(shí)現(xiàn)在平整路面上的穩(wěn)定行走，部分雙足機(jī)器人在遇到低矮障礙時(shí)已具備一定的越障能力，在上臺(tái)階行走時(shí)也可通過(guò)視覺(jué)、激光等傳感信息，配合一定的策略完成部分上臺(tái)階行走。但在下臺(tái)階行走時(shí)，由于視角等原因，臺(tái)階的高度等地形信息并不處于視覺(jué)和激光等傳感器的感知范圍內(nèi)，且由于部分臺(tái)階的高度差較小，極易造成機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的誤判，導(dǎo)致機(jī)器人未能及時(shí)采取階梯行走的控制策略，從而造成機(jī)器人的傾倒，此時(shí)由于機(jī)器人正處于下樓狀態(tài)，傾倒現(xiàn)象的發(fā)生將造成機(jī)器人的嚴(yán)重?fù)p壞。部分采用視覺(jué)推測(cè)式判斷階梯地形信息的方法難以獲得較為準(zhǔn)確的臺(tái)階信息，在下臺(tái)階時(shí)足部和踝關(guān)節(jié)處受到的沖擊較大，極易造成該部分損壞。同時(shí)由于機(jī)器人的足部運(yùn)動(dòng)與重心移動(dòng)同步進(jìn)行，若重心調(diào)整不及時(shí)，足部觸地時(shí)重心未能落于臺(tái)階支撐平面內(nèi)，機(jī)器人也將發(fā)生傾倒現(xiàn)象，難以保持平衡。

中國(guó)專利號(hào)CN105074600A公開(kāi)的一種機(jī)器人周圍環(huán)境識(shí)別裝置、自主移動(dòng)系統(tǒng)以及周圍環(huán)境識(shí)別方法，采用視覺(jué)和距離傳感器探測(cè)機(jī)器人前方地形，通過(guò)算法生成地面三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而判斷機(jī)器人前方是否存在臺(tái)階等障礙物。該方法可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前方障礙的快速判斷，但該方法僅對(duì)臺(tái)階等障礙物作出了位置判斷，主要用于輪式機(jī)器人的避障等，無(wú)法滿足腿足式機(jī)器人對(duì)臺(tái)階等障礙物具體信息的獲知要求。

中國(guó)專利號(hào)CN104002880A公開(kāi)的一種帶有導(dǎo)臂的履帶式移動(dòng)機(jī)器人自主上下樓梯控制方法采用履帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的上下樓梯功能，采用雙目視覺(jué)傳感器和三軸力傳感器實(shí)現(xiàn)樓梯位置判斷和自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。該方法可實(shí)現(xiàn)一定程度上的樓梯運(yùn)動(dòng)，但采用視覺(jué)和力傳感器仍無(wú)法獲知臺(tái)階的準(zhǔn)確信息，只能依靠履帶的自適應(yīng)性進(jìn)行上下階梯運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人整體缺乏穩(wěn)定行，控制難度高，且該方法對(duì)樓梯的陡峭程度作出了限制，只適用于較為平緩的臺(tái)階上，無(wú)法滿足腿足式機(jī)器人對(duì)臺(tái)階行走能力的要求。

中國(guó)專利號(hào)CN102324099A公開(kāi)的一種面向仿人機(jī)器人的臺(tái)階邊緣檢測(cè)方法采用視覺(jué)傳感和圖像處理的方式，得到了較為準(zhǔn)確的臺(tái)階邊緣信息，并通過(guò)對(duì)算法的優(yōu)化，滿足了機(jī)器人視覺(jué)實(shí)時(shí)性和精確性的要求。利用該方法可以獲取到臺(tái)階邊緣信息，但對(duì)于需要下臺(tái)階行走的腿足式機(jī)器人而言，臺(tái)階的高度等具體信息是必須的，且在無(wú)足部傳感器信號(hào)反饋的前提下，機(jī)器人難以保證在落足時(shí)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于雙足機(jī)器人下臺(tái)階的穩(wěn)定行走方法。本發(fā)明利用機(jī)器人足部的傳感器，結(jié)合機(jī)器人視覺(jué)信息提前快速獲知機(jī)器人所處臺(tái)階的具體地形信息，使得機(jī)器人提前作出判斷，并進(jìn)行相應(yīng)步態(tài)調(diào)整；同時(shí)采用足部下探式行走方式獲得實(shí)際臺(tái)階接觸情況后再執(zhí)行進(jìn)一步行走命令，保證機(jī)器人在臺(tái)階等小觸地面積地面行走時(shí)的穩(wěn)定性；主要利用機(jī)器人足部的感知能力，適用于各類腿足式機(jī)器人，具有執(zhí)行快速、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。