[發(fā)明專利]一種機器人動態(tài)穩(wěn)定判別方法和動態(tài)自適應姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110742012.1
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113442171B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權）人: 南京蔚藍智能科技有限公司
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 南京華訊知識產權代理事務所(普通合伙) 32413
• 代理人: 劉小吉

本發(fā)明公開了一種機器人動態(tài)穩(wěn)定判別方法，首先構建一狀態(tài)變量，此狀態(tài)變量分為實際狀態(tài)值和目標狀態(tài)值，其次實際狀態(tài)值和目標狀態(tài)值兩者的狀態(tài)差值緩存至一隊列，最后計算緩存中的狀態(tài)差值的狀態(tài)偏差和方差綜合評判機器人的動態(tài)穩(wěn)定性，實現(xiàn)更準確全面地評價機器人動態(tài)運動過程中的穩(wěn)定程度。此外還提供一種機器人動態(tài)自適應姿態(tài)控制方法，運用動態(tài)自適應的補償技術，對于補償項使用積分方式實時調整，對于因速度導致的不同方向姿態(tài)偏離使用了速度相關的因子加以調整，可動態(tài)自適應地調整機身姿態(tài)保持機身平穩(wěn)，提高了機器人的姿態(tài)控制效果。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人運動控制領域，尤其涉及一種機器人動態(tài)穩(wěn)定判別方法和動態(tài)自適應姿態(tài)控制方法。

背景技術

移動機器人的動態(tài)穩(wěn)定性是指機器人在快速移動過程中的穩(wěn)定性，為了達到理想的高速運行效果，機器人需要時刻控制保持動態(tài)平衡。現(xiàn)有的移動機器人的動態(tài)穩(wěn)定性判別方法主要是零力矩點(ZMP)法，ZMP是地面反作用力關于該點的合力矩只有垂直分量而水平分量為零，通過判斷ZMP與支撐平面的相對位置關系來得到機器人的動態(tài)穩(wěn)定性，ZMP越靠近支撐平面中心則認為越穩(wěn)定，ZMP在支撐平面之外則認為完全不穩(wěn)定(將有可能摔倒)。但是對于機載設備例如相機，身體位置的抖動和姿態(tài)的扭動都是不利因素，這對控制機器人的動態(tài)運動穩(wěn)定性提出了更高的要求。而ZMP只能得出瞬時的力的維度的穩(wěn)定性，受機身位置的抖動的影響小，與機身姿態(tài)的扭動無關，ZMP法不足以判別機器人在運動過程中身體位置的抖動、姿態(tài)的扭動等情況。因此，ZMP法無法滿足這類情況的機器人動態(tài)穩(wěn)定性判別的需求。

當機器人移動時，引起機身姿態(tài)偏差的原因有很多不同的情況，如機身本身的質量分布不均、運動時肢體位置變化導致重心偏離、運動速度較快、地面不平整、運動規(guī)律本身的特點或其他問題。為了糾正這種姿態(tài)的偏差，傳統(tǒng)做法是對機器人的重心做出調整，降低移動速度等。由于機身姿態(tài)偏差的原因多樣且有可能是變化的，僅僅通過質心位置的校準、使用更高精度的傳感器不能完全解決問題。對于機身姿態(tài)較長時間偏差的問題，傳統(tǒng)做法的健壯性不高，難以適應各種情況和各種問題原因。

發(fā)明內容

為此，本發(fā)明提供了一種機器人動態(tài)穩(wěn)定判別方法和動態(tài)自適應姿態(tài)控制方法，以更好地解決準確全面可靠地評價機器人動態(tài)運動過程中的穩(wěn)定程度，并且動態(tài)自適應地調整機身姿態(tài)保持機身平穩(wěn)。

本發(fā)明主要采用以下技術方案：

一種機器人動態(tài)穩(wěn)定性判別方法，包括以下步驟：

步驟A、構造一狀態(tài)變量，所述狀態(tài)變量是由機器人身體位置和姿態(tài)組合而成，所述狀態(tài)變量分為實際狀態(tài)值和目標狀態(tài)值，所述實際狀態(tài)值是根據(jù)機器人實時姿態(tài)信息運用卡爾曼濾波算法獲取，所述目標狀態(tài)值是根據(jù)機器人運動控制實時調整獲取；

步驟B、記錄實際狀態(tài)值和目標狀態(tài)值的狀態(tài)差值并緩存至一隊列，所述隊列長度設為機器人運動過程中的一個周期的采樣次數(shù)；

步驟C、根據(jù)狀態(tài)偏差與狀態(tài)方差判定機器人動態(tài)穩(wěn)定性；

所述狀態(tài)偏差和所述狀態(tài)方差是根據(jù)機器人運動一個周期內采樣獲取的多個狀態(tài)差值分別進行計算得出，所述狀態(tài)偏差反映機器人實際狀態(tài)值和目標狀態(tài)值的偏離程度，所述狀態(tài)方差反映機器人實際狀態(tài)值的控制穩(wěn)定性。

進一步地，所述隊列為一個先進先出的有限長度隊列。

進一步地，所述狀態(tài)偏差是一個周期內采樣獲取的多個狀態(tài)差值的平均值，所述狀態(tài)方差是一個周期內采樣獲取的多個狀態(tài)差值的方差。

進一步地，所述狀態(tài)偏差和所述狀態(tài)方差通過控制變量法用于分析不同參數(shù)對機器人動態(tài)穩(wěn)定性的影響。例如用于比較在不同運動控制算法、不同的結構或不同的裝配方法等各種情況下的某參數(shù)對機器人動態(tài)穩(wěn)定性的影響，以便擇優(yōu)。

進一步地，所述方法用于腿足式機器人，所述周期設為一個完整的步態(tài)周期。