[发明专利]一种基于撞击预测和主动顺应的机器人跌倒保护方法及系统

权利要求书

1.一种基于撞击预测和主动顺应的机器人跌倒保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

在机器人受到推力后，应用预先训练完成的跌倒保护控制模型计算得到机器人的运动控制参数；

根据机器人的运动控制参数进行撞击预测，得到预测的机器人撞击地面的时刻；

根据机器人的运动控制参数和预测的机器人撞击地面的时刻，对机器人进行主动顺应，实现机器人跌倒保护；

所述跌倒保护控制模型是传感器数值到运动控制参数的映射模型，所述运动控制参数包括四部分：

第一部分参数为w₁～w₆，用于控制触地前身体的姿态，其中w₁表示机器人肩关节的俯仰角，w₂表示机器人肩关节的翻滚角，w₃表示机器人肘关节的翻滚角，w₄表示机器人髋关节的俯仰角，w₅表示机器人髋关节的翻滚角，w₆表示机器人膝关节的俯仰角；

第二部分参数为w₇～w₉，用于控制触地后关节的扭矩，其中w₇表示机器人髋关节的扭矩变化的速度，w₈表示机器人膝关节的扭矩变化的速度，w₉表示机器人肘关节的扭矩变化的速度；

第三部分参数为w₁₀～w₁₂，用于控制触地后关节的角度，其中w₁₀表示机器人髋关节的角度变化的速度，w₁₁表示机器人膝关节的角度变化的速度，w₁₂表示机器人肘关节的角度变化的速度；

第四部分参数为w₁₃、w₁₄，用于计算开始主动顺应的时间，其中左右手触地后主动顺应开始的时间分别为t₁和t₂，由下式计算得到：

t₁＝w₁₃/*H-w₁₄*θ

t₂＝w₁₃/*H+w₁₄*θ

其中，w₁₃表示机器人质心高度对撞击地面时刻的影响的大小，w₁₄表示机器人跌倒开始时质心移动方向与垂直地面方向的夹角对撞击地面时刻的影响的大小，H表示机器人质心高度，θ表示机器人跌倒开始时质心移动方向与垂直地面方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在机器人受到推力后，首先进行跌倒检测，包括：读取传感器数值并判断其是否超过阈值，如果超过则进行跌倒保护，如果没超过则继续执行当前正在执行的任务。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述撞击预测之前，对机器人进行三角支撑，包括：

控制机器人的肩关节的俯仰角、肩关节的翻滚角和肘关节分别转动到w₁、w₂和w₃参数代表的角度，机器人因此完成向前伸臂动作；

控制机器人的髋关节的俯仰角、髋关节的翻滚角和膝关节分别转动到w₄、w₅和w₆参数代表的角度，机器人因此完成向前迈步动作。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述撞击预测包括：使用参数w₁₃、w₁₄计算得到两只手臂撞击地面的时刻t1和t2。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主动顺应包括：在t₁时刻控制左臂开始主动顺应，t₂时刻控制右臂开始主动顺应，控制机器人的髋关节、膝关节、肘关节的扭矩分别以w₇、w₈和w₉的参数作为速度开始变化，控制机器人的髋关节、膝关节、肘关节的角度分别以w₁₀、w₁₁和w₁₂的参数作为速度开始变化。