[发明专利]多主体控制器和机器人

说明书

一种用于多主体控制器的方法接收用于机器人(100)执行给定任务的转向命令(212)。该机器人包括主体(110)、多个关节(J)、联接到主体(110)的臂(150)和可旋转地联接到主体(110)或至少一个腿(120)的驱动轮(130)。利用转向命令，该方法产生轮扭矩(tw)和轮轴力(FA)来执行任务。该方法包括接收机器人的运动约束(240)和配置成操纵臂以执行任务的操纵输入(230)。对于每个关节，该方法产生具有角动量的相应关节扭矩(tj)，其中关节扭矩满足基于操纵输入、轮扭矩和轮轴力的运动约束。该方法还包括使用关节扭矩控制机器人执行任务。

技术领域

本公开涉及一种用于机器人的多主体控制器。

背景技术

机器人通常被定义为可重新编程的多功能操纵器，其设计成通过可变的编程运动来移动材料、零件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的操纵器(例如工业机器人臂)、在整个环境中移动的移动机器人(例如使用腿、轮或基于牵引的机构)或者操纵器和移动机器人的某种组合。机器人用于各种行业，包括例如制造业、运输、危险环境、勘探和医疗保健。因此，在环境中执行任务时平衡机器人的能力可以增强机器人的功能，并为这些行业提供额外的好处。

发明内容

本公开的一方面提供了一种用于多主体控制器的方法。该方法包括在机器人的数据处理硬件处接收转向命令，以在机器人周围的环境内执行给定任务。该机器人包括具有第一端部、第二端部和多个关节的倒立摆主体，以及臂，其在多个关节中的第一关节处联接到倒立摆主体，其中臂包括配置为抓取物体的末端执行器。机器人还包括具有第一和第二端的至少一个腿，第一端在多个关节中的第二关节处联接到倒立摆主体；以及驱动轮，其可旋转地联接到至少一个腿的第二端。该方法还包括：基于接收的转向命令，由数据处理硬件产生机器人的驱动轮的轮扭矩和机器人的驱动轮处的轮轴力。产生轮扭矩和轮轴力以执行给定任务。该方法还包括：在数据处理硬件处接收指示机器人运动限制的运动约束；以及在数据处理硬件处接收用于机器人的臂的操纵输入。该操纵输入配置为操纵机器人的臂以执行给定任务。对于多个关节中的每个关节，该方法还包括：由数据处理硬件产生配置为控制机器人执行给定任务的相应关节扭矩，基于操纵输入、轮扭矩和轮轴力，关节扭矩满足运动约束。该方法还包括：由数据处理硬件控制机器人使用为多个关节产生的关节扭矩来执行给定任务。

本公开的实施方式可以包括一个或多个以下可选特征。在一些实施方式中，为多个关节中的每个产生相应关节扭矩包括使用关节扭矩算法来实现平衡机器人的平衡目标和基于给定任务来实现移动机器人的臂的操纵目标，其中关节扭矩算法包括基于接收的运动约束的二次函数。当在使用关节扭矩算法来实现平衡目标和实现操纵目标时平衡目标或操纵目标不确定时，关节扭矩算法可以应用默认扭矩来确定平衡目标和操纵目标。使用关节扭矩算法来实现平衡目标和操纵目标可以包括将第一权重应用于平衡目标，并将第二权重应用于操纵目标，第一权重和第二权重指示给定任务的扭矩重要性。

在一些示例中，运动约束包括以下中的至少一个：多个关节中的每个的运动范围限制；多个关节中的每个的扭矩限制；或者碰撞限制，其配置为避免机器人的一部分的碰撞。至少一个腿的第一端可以棱柱形地联接到倒立摆主体的第一端部。