[發(fā)明專利]一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111146327.6
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN114063490A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)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(yè)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

本發(fā)明涉及一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)及方法以解決現(xiàn)有技術中足式機器人復雜地形動態(tài)穩(wěn)定行走能力差的技術問題。本發(fā)明建模求解應對地形突變和障礙時需分配至執(zhí)行器的力、應對接觸力突變時需分配至執(zhí)行器的力、應對外界擾動時需分配至執(zhí)行器的力，再對上述求解得到的需分配至執(zhí)行器的力加權并進行矢量歸一化后得到最終需分配至執(zhí)行器的力，根據(jù)確定的最終需分配至執(zhí)行器的力生成相應的控制指令驅動所述執(zhí)行器產生設定動作。所以本發(fā)明不僅可提高平臺與剛性起伏路面的適應性、提高平臺在不同材質地面的移動能力，還可使平臺在受到復雜大擾動的情況下仍能快速調整重心，實現(xiàn)動態(tài)平衡與穩(wěn)定行走，提高足式機器人復雜地形動態(tài)穩(wěn)定行走能力。

技術領域

本發(fā)明涉及一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，發(fā)展機器人產業(yè)對提高創(chuàng)新能力、增強國家綜合實力、帶動整體經濟發(fā)展都具有十分重要的意義，在我國，機器人技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展都是重要內容。

作為未來智能移動服務機器人的最為主要的發(fā)展，靈巧機動和自主作業(yè)的四足機器人正在成為下一代智能移動機器人的標志性研究熱點，世界各國都在不遺余力的發(fā)展。2009年，我國開啟高性能四足機器人項目論證。2011年“高性能四足機器人”、陸軍“伴隨保障四足機器人”等陸續(xù)開展項目支持。我國更是在陸軍某特種機器人計劃、科技部國家重點研發(fā)計劃、自然基金委共融機器人重大研究計劃等項目中，設置專門基金支持，意在大力發(fā)展，趕超世界水平。

目前國內外在四足機器人方面普遍存在承載能力較低、復雜地形動態(tài)穩(wěn)定行走能力較差、續(xù)航能力不足等問題，難以滿足四足機器人面向民生應用的能力需求，高承載靈巧作業(yè)的仿生四足機器人正成為國內外研究的趨勢。在這些問題中，復雜地形動態(tài)穩(wěn)定行走能力差主要通過對控制系統(tǒng)進行改良實現(xiàn)，因此亟需研發(fā)一種能夠解決上述問題的機器人控制系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)以解決現(xiàn)有技術中足式機器人復雜地形動態(tài)穩(wěn)定行走能力差的技術問題；本發(fā)明的目的還在于提供上述智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)中使用的智能仿生足式機器人控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)采用以下技術方案：

一種智能仿生足式機器人控制系統(tǒng)，包括底層伺服控制系統(tǒng)和運動步態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)，所述底層伺服系統(tǒng)包括執(zhí)行器，所述運動步態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)包括環(huán)境感知單元、慣性測量單元和控制器，所述環(huán)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(zhí)行器連接在所述控制器的輸出端口；控制器根據(jù)環(huán)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(zhí)行器的力、應對接觸力突變時需分配至執(zhí)行器的力、應對外界擾動時需分配至執(zhí)行器的力，再對上述求解得到的需分配至執(zhí)行器的力加權并進行矢量歸一化后得到最終需分配至執(zhí)行器的力，各項力加權時的權重系數(shù)根據(jù)環(huán)境感知單元采集的地形信息、六維狀態(tài)信息和慣性測量單元采集的位姿信息進行調節(jié)，控制器再根據(jù)確定的最終需分配至執(zhí)行器的力生成相應的控制指令驅動所述執(zhí)行器產生設定動作。

求解應對地形突變和障礙時需分配至執(zhí)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(guī)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(zhí)行器。

求解應對外界擾動時分配至執(zhí)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(guī)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(zhí)行器；其中接觸點的位置需要根據(jù)平臺的速度及加速度信息進行調整。