[發明專利]一種智能仿生足式機器人控制系統及方法

在審

• 申請號: 202111146327.6
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN114063490A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 楊海峰;劉振宇;高連國;孫俊達;高峰;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京炎凌嘉業機電設備有限公司;北京炎凌半步機器人科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 王慶彬

1.一種智能仿生足式機器人控制系統，其特征在于：包括底層伺服控制系統和運動步態規劃系統，所述底層伺服系統包括執行器，所述運動步態規劃系統包括環境感知單元、慣性測量單元和控制器，所述環境感知單元和所述慣性測量單元連接在所述控制器的輸入端口，所述執行器連接在所述控制器的輸出端口；控制器根據環境感知單元和慣性測量單元檢測量分別求解應對地形突變和障礙時需分配至執行器的力、應對接觸力突變時需分配至執行器的力、應對外界擾動時需分配至執行器的力，再對上述求解得到的需分配至執行器的力加權并進行矢量歸一化后得到最終需分配至執行器的力，各項力加權時的權重系數根據環境感知單元采集的地形信息、六維狀態信息和慣性測量單元采集的位姿信息進行調節，控制器再根據確定的最終需分配至執行器的力生成相應的控制指令驅動所述執行器產生設定動作。

2.根據權利要求1所述的智能仿生足式機器人控制系統，其特征在于：求解應對地形突變和障礙時需分配至執行器的力時，需要建立虛擬伺服模型，記錄慣性測量單元測量的機體位姿信息、生成期望位姿信息并以此作為輸入信號，對機體的三維方向力進行虛擬模型建模求取機體虛擬合力矩矢量和虛擬合力矢量，通過二次規劃將所述虛擬合力矢量分配到各個平臺和地面的作用支撐點，通過坐標變換將作用點上的期望力分配至所述執行器。

3.根據權利要求1所述的智能仿生足式機器人控制系統，其特征在于：求解應對外界擾動時分配至執行器的力時，需要建立虛擬伺服模型，在建立虛擬伺服模型時需要在機體與桿體的鉸接點處施加外部作用力矩或是在接觸點處施加外部作用力，記錄慣性測量單元測量的機體位姿信息、生成期望位姿信息并以此作為輸入信號，對機體的三維方向力進行虛擬模型建模求取機體虛擬合力矩矢量和虛擬合力矢量，通過二次規劃將所述虛擬合力矢量分配到各個平臺和地面的作用支撐點，通過坐標變換將作用點上的期望力分配至執行器；其中接觸點的位置需要根據平臺的速度及加速度信息進行調整。

4.根據權利要求1所述的智能防生足式機器人控制系統，其特征在于：求解應對接觸力突變時分配至執行器的力時，需要建立虛擬伺服模型，記錄慣性測量單元測量的機體位姿信息、生成期望位姿信息并以此作為輸入信號，對機體的三維方向力進行虛擬模型建模求取機體虛擬合力矩矢量和虛擬合力矢量，通過二次規劃將校正后的虛擬合力矢量分配到各個平臺和地面的作用支撐點，并通過實時計算的土壤滑轉率對分配的力矩矢量和力矢量進行校正調節以使得調節后根據數據計算的相應平臺的縱向滑轉率為0.25-0.35，通過坐標變換將作用點上的期望力分配至執行器。

5.根據權利要求4所述的智能防生足式機器人控制系統，其特征在于：計算所述縱向滑轉率時，分別采用等速趨近率和指數趨近率兩種控制策略推導移動平臺的縱向滑轉率，再針對推導結果求均值。

6.權利要求1-5中任一項所述的智能仿生足式機器人控制系統的控制方法，其特征在于：包括以下步驟，第一步，控制器實時接收環境感知單元檢測的地形信息、平臺六維狀態信息和慣性測量單元檢測的平臺位姿信息；第二步，分別求解應對地形突變和障礙時需分配至執行器的力、應對接觸力突變時需分配至執行器的力、應對外界擾動時需分配至執行器的力；第三步，對第二步中求解得到的需分配至執行器的力加權并進行矢量歸一化后得到最終需分配至執行器的力，各項力加權時的權重系數根據環境感知單元采集的地形信息、六維狀態信息和慣性測量單元采集的位姿信息進行調節；第四步，根據確定的最終需分配至執行器的力生成相應的控制指令驅動所述執行器產生設定動作。

7.根據權利要求6所述的智能仿生足式機器人控制系統的控制方法，其特征在于：在所述第二步中，求解應對地形突變和障礙時需分配至執行器的力時步驟如下：首先，建立虛擬伺服模型；其次，記錄慣性測量單元測量的機體位姿信息、生成期望位姿信息并以此作為輸入信號，對機體的三維方向力進行虛擬模型建模求取機體虛擬合力矩矢量和虛擬合力矢量；再次，通過二次規劃將所述虛擬合力矢量分配到各個平臺和地面的作用支撐點；最后，通過坐標變換將作用點上的期望力分配至相應執行器。