[发明专利]仿人机器人及其控制方法以及计算机可读存储介质

说明书

本发明公开了仿人机器人及其控制方法以及计算机可读存储介质，包括：获取到仿人机器人的当前的足底力矩信息、足底倾角角度、第一关节倾斜角度以及第二关节倾斜角度；并基于上述信息计算得到仿人机器人的当前的第一关节电机前馈角速度及第二关节电机前馈角速度，再进一步计算得到仿人机器人的第一关节电机反馈角速度以及第二关节电机反馈角速度；最后根据各电机前馈角速度以及各电机反馈角速度得到各电机参考角度，以使各电机通过各关节电机参考角度对各关节进行偏差控制；通过上述方式，本发明采用前馈控制和反馈控制于一体的控制方法，在确保质心控制精度的同时，有效解决反馈控制存在的响应滞后问题，提升仿人机器人的平衡能力和抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及仿人机器人的技术领域，特别是涉及仿人机器人及其控制方法以及计算机可读存储介质。

背景技术

仿人机器人是指模仿人的形态和行为而设计制造的机器人；仿人机器人一般具有防人的躯干和四肢，机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，例如：运用于工业的机械臂、轮椅机器人以及步行机器人等；仿人机器人的研究集机械、电子、计算机、材料、传感器以及控制技术等多门科学于一体。

静态平衡控制是仿人机器人研究中的一项重要工作，它直接决定了仿人机器人在站立静止状态下的平衡维持和平衡恢复能力。当仿人机器人在复杂环境中受到外界干扰作用时，如发生碰撞、打滑、地面不平整等情况，保持稳定不摔倒对于仿人机器人的安全来说尤为重要。传统静态平衡控制方法是将仿人机器人简化为倒立摆模型，当外界干扰作用时，IMU传感器实时检测倒立摆的倾角，并通过闭环反馈控制来得到倒立摆的控制角度，进而通过运动学模型将倒立摆的参考角度映射至各关节角度，最终实现质心偏差的恢复。

然而，反馈控制装置中反馈是按偏差控制的，即在干扰作用下，被控制量先偏离给定值，然后控制器才按照偏差产生控制作用去抵消干扰的影响。该方法的弊端在于反馈装置须在被控制量出现偏差后，才能对控制量进行调节，装置的响应始终滞后于干扰量，且理论上无法实现无偏差控制。

发明内容

本发明提供仿人机器人及其控制方法以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的反馈系统的响应较慢，且无法实现无偏差控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种仿人机器人的控制方法，包括：获取到仿人机器人的当前的足底力矩信息、足底倾角角度、第一关节倾斜角度以及第二关节倾斜角度；利用力矩信息与足底倾角角度计算得到仿人机器人的当前的第一关节电机前馈角速度及第二关节电机前馈角速度；根据第一关节倾斜角度、第二关节倾斜角度、足底倾角角度以及仿人机器人的初始质心位置计算得到仿人机器人的第一关节电机反馈角速度以及第二关节电机反馈角速度；根据第一关节电机前馈角速度以及第一关节电机反馈角速度得到第一关节电机参考角度，以使第一电机通过第一关节电机参考角度对第一关节进行偏差控制；根据第二关节电机前馈角速度以及第二关节电机反馈角速度得到第二关节电机参考角度，以使第二电机通过第二关节电机参考角度对第二关节进行偏差控制。

其中，利用力矩信息、足底倾角角度计算得到仿人机器人的当前的第一关节电机前馈角速度及第二关节电机前馈角速度的步骤包括：利用力矩信息计算得到仿人机器人当前的第一关节电机前馈角速度；获取到仿人机器人上一时刻的第一关节电机的参考角度以及第二关节电机的参考角度；利用当前的第一关节的电机前馈角速度、足底倾角角度、上一时刻的第一关节电机的参考角度以及第二关节电机的参考角度计算得到当前的第二关节电机前馈角速度。

其中，利用当前的第一关节的电机前馈角速度、足底倾角角度、上一时刻的第一关节电机的参考角度以及第二关节电机的参考角度计算得到当前的第二关节电机前馈角速度的步骤包括：根据足底倾角角度、上一时刻的第一关节电机的参考角度以及第二关节电机的参考角度计算得到质心运动参数；利用质心运动参数、足底倾角角度对应的角速度以及仿人机器人的质心在第一坐标系的坐标参数确定当前的第一关节的电机前馈角速度和第二关节电机前馈角速度之间的关系，并确定第二关节电机前馈角速度。