[发明专利]并联双足机器人关节实时控制方法和装置

说明书

本发明公开了一种并联双足机器人关节实时控制方法和装置，本发明基于双足机器人步态规划的连续性以及双足机器人关节闭环控制的实时性，利用牛顿‑拉夫逊数值算法进行关节角度的求解；在求解过程中，将实际控制时上次周期的并联关节角度控制的指令值作为其关节角度求解的初值，从而缩小迭代范围，减小迭代次数，实现在保持双足机器人需求的频率下对并联关节的实时求解。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种并联双足机器人关节实时控制方法和装置。

背景技术

机器人的本体性能决定机器人自身的极限性能。双足机器人驱动方式分为电机驱动型以及液压驱动型。考虑到液压驱动源所占体积较大，应用在双足机器人平台上较为困难，现阶段绝大多数双足机器人仍然采用电机驱动的方式。由于电机的驱动力矩有限，其机械结构对其本体的运动性能影响较大。电机驱动型双足机器人到目前为止有三种经典构型。原位布局型、串联型、并联型。其中原位布局型主要应用于小仿，其结构特点就是电机严格按照关节自由度进行布置，由于踝部存在两个自由度，这种布置方式往往导致其踝关节处较为臃肿，腿部惯量较大，影响机器人本身的运动性能。基于减小机器人腿部惯量的考虑，考虑将踝关节以及膝关节pitch驱动器上移，采用四连杆、滚轴丝杠、带传动等方法进行传动，控制踝关节、膝关节的pitch方向的转动。这种方法在一定程度上减小了机器人腿部的转动惯量，但是踝关节roll方向转动的电机仍然造成了较大的惯量。并联型关节应运而生，并联关节型足式机器人将膝关节pitch，踝关节roll、pitch处电机上移，在增加关节刚度的同时大大减少了腿部的转动惯量，提高了机器人的运动能力，但是由于并联关节的固有属性，导致踝关节处roll、pitch角度需要通过并联关节的解算来实现，尤其是并联关节角度实时解算困难，对于机器人控制的实时性有较大影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种并联双足机器人关节实时控制方法和装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种并联双足机器人关节实时控制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据双足机器人并联关节的几何关系，列出并联关节角度与电机角度的运动方程；

步骤二：根据并联关节角度与电机角度的运动方程，获得电机角度与并联关节角度的数值联系；

步骤三：读取初始并联关节角度，由电机角度与并联关节角度的数值联系计算得到初始并联关节角度相对应的初始电机角度，将并联关节角度与电机角度的运动方程转化为牛顿-拉夫逊迭代的标准形式，获得牛顿-拉夫迭代的计算式；

步骤四：以初始并联关节角度作为牛顿-拉夫逊迭代的计算式的初值进行求解；当迭代计算过程达到结束条件，则迭代计算结束，将求得的迭代求解值作为并联双足机器人相对于初始并联关节角度的下一并联关节角度；当迭代计算过程中出现异常处理机制，则终止迭代计算过程，将初始并联关节角度作为并联双足机器人的下一并联关节角度；

步骤五：以步骤四得到的下一并联关节角度作为牛顿-拉夫逊迭代的计算式的初值，重复步骤四，从而实现机器人的闭环控制。

进一步地，所述步骤一具体为：