[发明专利]一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，属于机器人控制技术领域，双足机器人为液压双足机器人，包括躯干、大腿和小腿，躯干和大腿之间以及大腿和小腿之间分均采用液压缸控制，通过液压缸轴的伸长量来控制各关节及腿部运动，机器人躯干内设置惯性导航系统，其水平放置与机器人躯干的腰部，用于采集机器人的姿态数据，通过其反馈的数据调整机器人的姿态，是机器人的上身保持正直，确保机器人步态稳定性，防止机器人跌倒，双足机器人步态稳定性控制方法是基于躯干姿态信息的位置控制策略，躯干姿态信息包括：俯仰角、横滚角以及航向角。本发明用于避免现有技术的不足之处而提出一种简化控制流程和提高行走速度。

技术领域

本发明涉及一种机器人稳定性控制方法，特别是涉及一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，属于机器人控制技术领域。

背景技术

双足机器人行走抬脚是整机产生的重力矩使整机有向抬起一侧倾倒的趋势，为了控制双足机器人不发生倾倒，现有技术中，双足机器人每跨出一步都需要调整机器人左右的平衡，而该平衡的调整又需要将另一只脚的所有关节进行调整，调节重心位置，否则将无法行走甚至跌倒，因此控制流程复杂，且行走速度缓慢。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，避免现有技术的不足之处而提出一种简化控制流程和提高行走速度。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，双足机器人为液压双足机器人，包括躯干、大腿和小腿，躯干和大腿之间以及大腿和小腿之间分均采用液压缸控制，通过液压缸轴的伸长量来控制各关节及腿部运动，机器人躯干内设置惯性导航系统，其水平放置与机器人躯干的腰部，用于采集机器人的姿态数据，通过其反馈的数据调整机器人的姿态，是机器人的上身保持正直，确保机器人步态稳定性，防止机器人跌倒，双足机器人步态稳定性控制方法是基于躯干姿态信息的位置控制策略，躯干姿态信息包括：俯仰角、横滚角以及航向角。

该基于惯性导航系统的双足机器人步态稳定性控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过一些约束条件生成了完整的步行周期中起始、COP切换、结束的机器人姿态；

步骤2：通过三次样条插值法生成了各关节相对于支撑腿髋关节的参考轨迹；

步骤3：针对实际步行过程中的倾斜问题提出了基于姿态传感器的控制方法。

基于躯干俯仰角的稳定性控制包括如下步骤：双足机器人足部相对于固定坐标系的相对运动决定了双足机器人躯干姿态的变化；当双足机器人在运动过程中将要往后失去稳定的时候，机器人躯干的俯仰角是负的为防止双足机器人继续完后运动的趋势，包括：

使双足机器人脚底后侧减少一定的高度，即双足机器人足端绕其踝关节的坐标系进行逆时针旋转；

使双足机器人足端在运动过程中相对本机器人的固定坐标系的运动距离加大。

当双足机器人在运动过程中将要往前失去稳定的时候，机器人躯干的俯仰角是正的，为了防止双足机器人继续往前运动的趋势，包括：

使双足机器人脚底前侧减少一定的高度，即双足机器人足端绕其踝关节的坐标系进行顺时针旋转；

使双足机器人足端在运动过程中相对于本机器人的固定坐标系的运动距离减小。

基于躯干横滚角的稳定性控制，包括如下步骤：

在双足机器人步行运动的起步阶段，双足机器人左右两腿的抬高高度逐步增加，两腿落地时候受到地面的冲击力也不同，这样会使得双足机器人躯干的横滚角的变化范围比较大，因此在此阶段并不采用基于横滚角的稳定性控制策略；