[发明专利]一种基于智能终端的低功耗行走装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于智能终端的低功耗行走装置及控制方法。

背景技术

当前主流的机械行走装置主要有两种行走方式，一种为轮式，即通过电机控制轮轴转动来实现行走装置的运动，一种为足式，目前主流的足式行走装置主要分为两类，一类是以日本HONDA公司生产制作的Asimo为代表，被称为主动行走机器人，它能模拟人类行走的各种动作，包括不同速度的稳定步行，慢步行走，上下楼梯，且有避障行走能力，但是它们都涉及到使用大力矩的驱动系统和高增益的反馈控制；另一类是近年来研究的很多的被动行走机器，它的最大特点是低能耗和自然步态，主要以McGeer研究设计的直腿带膝关节行走装置为代表，近年来出现了大量新的类似研究模型，包括从纯被动行走器到半被动行走器，但他们均没有上身，都不具备真正的仿人形态。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于智能终端的低功耗行走装置及控制方法，使其具有更合理的仿人形态，同时还具有被动行走器的低能耗和步态自然。

本发明所述的基于智能终端的低功耗行走装置，包括：

一对腿部，每只所述腿部分别通过第一转轴与髋关节连接，每只所述腿部包括大腿和小腿，所述大腿和小腿通过膝关节连接，每只小腿下端连接有足部；

驱动装置，其设在所述髋关节处；

制动装置，其设在所述两只腿部的膝关节处，能将所述大腿和小腿锁在一起；

在髋关节的上端设有倾角传感器，用于检测腿部姿态角初值及地面倾斜角；

在两只大腿及两只小腿的内侧分别设有编码器，位于两只大腿的编码器用于检测两只大腿之间的角度，位于同一只腿部的两个编码器用于检测该腿部的大腿与小腿之间的角度；

在髋关节的左右两侧分别设有陀螺仪，且陀螺仪固定在连接腿部与髋关节的第一转轴上，用于检测腿部运动的角速度；

在两只足部的底部分别设有压力传感器，用于检测足部与地面的接触力；

还包括上身，所述上身包括支撑架以及安装在支撑架上的智能终端、驱动电路和数据采集设备；

所述支撑架的下端通过第二转轴与髋关节连接；

所述数据采集设备分别与智能终端、驱动电路、倾角传感器、四个编码器、两只陀螺仪和两只压力传感器电连接，所述数据采集设备用于采集各传感器检测的数据信号并传送给智能终端，所述智能终端基于数据采集设备采集的数据信号发出控制指令经数据采集设备后输入驱动电路；

所述驱动电路分别与驱动装置和制动装置相连接，驱动电路控制所述驱动装置产生驱动大腿和上身摆动的力矩以及控制制动装置将大腿和小腿松开/锁闭。

所述支撑架的左右两侧分别通过一弹簧与同侧的大腿连接。

所述制动装置为键控式制动器。

所述第二转轴与两只所述第一转轴同轴设置。

本发明所述的基于智能终端的低功耗行走装置的控制方法，包括以下步骤：

A、智能终端根据倾角传感器、陀螺仪及压力传感器检测的数据信号，得出装置的绝对姿态角，从而判断该行走装置是处于斜面/平面上；

B、行走装置在斜面上行走：

b1、智能终端根据倾角传感器、陀螺仪和压力传感器检测的数据信号发出控制指令D1，驱动电路控制制动装置分别将摆动腿的大腿与小腿以及支撑腿的大腿与小腿锁闭； 

b2、智能终端根据倾角传感器、陀螺仪和压力传感器检测的数据信号发出控制指令D2，驱动电路控制驱动装置给摆动腿施加向前摆动的驱动力矩J₁，使摆动腿向前摆动，直至摆动腿与支撑脚的夹角α为预设的α_Max，同时给上身施加向后摆动的驱动力矩J₂，上身向后摆动直至上身与竖直线L的夹角β为预设的β_Max； 

b3、摆动腿在弹簧的牵引下缓慢着地，上身在弹簧的作用下缓慢回位，此时，原摆动腿转换为支撑腿，原支撑腿转换为摆动腿；

b4、智能终端根据编码器检测的数据信号发出控制指令D3，驱动电路控制驱动装置给上身施加向前摆动的驱动力矩J₃，上身向前摆动直至上身与竖直线L的夹角β为预设的β_Max，摆动腿向前摆动直至摆动腿与支撑腿的夹角α为0；

b5、摆动腿在弹簧的牵引下缓慢着地，上身在弹簧的作用下缓慢回位，重新开始新的周期；

C、行走装置在平面上行走：