[发明专利]一种双足机器人仿人步态的步行速度调节方法

说明书

本发明公开了一种双足机器人仿人步态的步行速度调节方法。该方法包括双足支撑相调节以及单足支撑相调节；所述双足支撑相调节为通过调节双足支撑相时长来调节步行速度；所述单足支撑相调节为通过在单足支撑相对支撑脚踝关节的俯仰自由度施加力矩改变轨道能量来调节步行速度。相比以往的步行速度切换方法，该方法无需事先设计多组步态，而是基于速度反馈，通过改变步态参数以及施加力矩控制来实现速度调节与切换。基于本发明所提供的步行速度调节方法，能有效帮助机器人实现实时速度切换，从而提高机器人的步行灵活性以及环境适应能力。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种双足机器人仿人步态的步行速度调节方法。

背景技术

双足机器人具有人类的外观特征与步行方式，因而可适应人类的生活和工作环境，能够代替人类完成各种作业，具有非常广泛的应用前景。根据《2017年社会服务发展统计公报》，截至2017年底，我国60岁及以上老年人口24090万人，占总人口的17.3％，其中65岁及以上老年人口15831万人，占总人口的11.4％。如何应对未来劳动力短缺以及人口老龄化等问题，已成为我国社会经济发展所面临的重大挑战，而双足机器人被认为是解决此类问题的重要手段。此外，随着劳动力成本的持续上升，双足机器人还可广泛应用于工业服务、航空航天、维修保养以及医疗康复等领域。

近年来，双足机器人的研究取得了很大的进展，其步行性能也有了很大提高。然而，双足机器人的行走步态在多样性以及灵活性方面还存在着不足，特别是步态切换的能力。在实际行走过程中，机器人不可避免地需要适时适地对步态进行切换，以躲避障碍、跟踪目标。其中，尤以步行速度调节与切换最为常见。从已公开的代表性文献来看，国内外研究人员一般通过事先设计多组参考步态，再控制机器人在多组参考步态间进行切换来实现步行速度的调节，包括文献《A framework for the control of stable aperiodicwalking in underactuated planar bipeds》、《From 2D Design of UnderactuatedBipedal Gaits to 3D Implementation:Walking With Speed Tracking》以及近期的文献《Control strategy for gait transition of an underactuated 3D bipedal robot》等。然而，该方法在实际实施时比较复杂，不仅需要提前存储多组参考步态，还需存储各参考步态间的切换步态，且只能实现有限种步行速度的切换。本发明将针对具有仿人步态的双足机器人，提供一种步行速度调节方法，该方法无需事先设计多组步态，而是基于速度反馈，通过改变步态参数以及施加力矩控制来实现速度调节与切换。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双足机器人仿人步态的步行速度调节方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双足机器人仿人步态的步行速度调节方法，包括双足支撑相调节以及单足支撑相调节等。所述双足支撑相调节为通过调节双足支撑相时长T_d来调节步行速度；所述单足支撑相调节为通过在单足支撑相对支撑脚踝关节的俯仰自由度q_ankle,st施加力矩u_ankle,st改变轨道能量来调节步行速度。

进一步地，所述双足支撑相调节为通过调节双足支撑相时长T_d来调节步行速度，包括以下子步骤：

(1.1)输入期望质心速度v_d。

(1.2)通过下式得到所述机器人双足支撑相时长T_d：

其中，T_min为最小步行速度对应的双足支撑相时长，T_max为最大步行速度对应的双足支撑相时长，v_max为最大步行速度，v_min为最小步行速度。