[发明专利]欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体讲是一种欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法。

背景技术

目前，欠驱动两足步行机器人的研究主要集中在平面型机器人，机器人需要借助外力维持侧向平衡。欠驱动两足步行机器人要自由行走，就必须同时解决前项和侧向的稳定问题，实现3D行走控制。目前3D行走是采用髋关节来控制侧向平衡，由于髋关节控制侧向运动调节能力小，在大中干扰的情况下，容易侧向摔倒，鲁棒性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点，提供一种侧向运动调节能力大，在大中干扰的情况下，不容易侧向摔倒，鲁棒性好的欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法。

本发明的技术方案是，提供一种欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法，当机器人直立状态时，过机器人的质心的垂线与机器人此时行走的水平面相交于一交点，当机器人侧向摆动，即质心侧向摆动时，每个摆动瞬时机器人的质心和交点均确定一直线，那么定义侧倾角为直线与垂线的夹角；不同侧向干扰作用下，定义模糊控制器的侧倾角模糊变量：位于垂线右侧的侧倾有三种情况，分别为右小干扰、右中干扰、右大干扰，位于垂线左侧的侧倾有三种情况，分别为左小干扰、左中干扰、左大干扰；在机器人的两髋关节的左右对称点的正上方安装有可在l₂与l₁确定的平面内摆动的平衡杆，平衡杆左右方向的长度大于两足间距；

侧向控制步骤为：

(1)设定侧倾角给定值α_d；

(2)由传感器按采样周期实时采样侧倾角α；

(3)在每个采样周期将α与α_d进行比较，得到误差e，e由α_d减去α确定，接着，模糊控制器根据误差e进行模糊控制，模糊控制过程是，若e的绝对值小于给定阀值，那么维持平衡杆现有位置不变，否则模糊控制器控制平衡杆处的电机运转，电机驱动平衡杆上下摆动。

采用上述方法后，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点及有益效果：因为本发明通过控制平衡杆上下摆动来控制侧向平衡，而平衡杆左右方向的长度大于两足间距，这样，以平衡杆与机器人的安装点为界的平衡杆的左右两部分的质心离机器人质心较远，因此平衡杆的上下摆动能够获得较大的绕机器人的质心向左或向右扭转态势，换句话说，在侧向平面内，绕机器人的质心具有较大的逆时针或顺时针扭转态势，利用了杂技演员走钢丝手持平衡杆以保持平衡的原理，所以本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法具有侧向运动调节能力大，在大中干扰的情况下，不容易侧向摔倒，鲁棒性好的优点。

作为改进，所述给定阀值为5，这样，更有利于机器人侧向快速镇定。

作为进一步改进，所述传感器安装在质心所在位置，这样的安装方式简单，不会改变机器人的质心位置，使得测量侧倾角度更加准确。

作为进一步改进，所述右小干扰、右中干扰、右大干扰的范围分别定义为[0，15]、(10，30]、(25，45]，所述左小干扰、左中干扰、左大干扰的范围分别定义为[0，-15]、(-10，-30]、(-25，-45]，这样，更有利于机器人侧向快速镇定。

作为进一步改进，所述平衡杆为直杆，其中点位于两髋关节的左右对称点的正上方，且中点与安装在机器人上的电机的转轴连接，这种结构简单，性价比高，更有利于本发明的实施。

附图说明

图1是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的原理方框图。

图2是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的模糊控制器的输入输出原理图。

图3是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的误差的隶属度函数的曲线图。

图4是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的误差导数的隶属度函数的曲线图。

图5是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的模糊控制器输出的控制量的隶属度函数的曲线图。

图6是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的右倾瞬时平衡杆左边部分下降右边部分上升的结构示意图。

图7是本发明欠驱动两足步行机器人水平行走时的侧向控制方法的左倾瞬时平衡杆左边部分上升右边部分下降的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。