[发明专利]一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法及装置

权利要求书

1.一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对预构建的二阶倒立摆新构型进行动力学分析；

所述预构建的二阶倒立摆新构型包括上摆、下摆、驱动器、第一传感器和第二传感器；

根据上摆的受力情况和髋关节处力矩平衡方程，得到第一方程；

根据下摆的力学方程，得到第二方程；

根据第一方程和第二方程，得到被控对象的模型，所述被控对象的模型为k_u1，k_u2，k_u3，k_l1，k_l2，k_l3，k_m2表示根据第一方程第二方程联立得出的传递函数对应分子和分母的各项系数，θ_c(s)表示组合质心角度的拉普拉斯变换，k₁，k₂表示根据组合质心公式下摆角度与上摆角度对应的权值，s表示拉普拉斯变换的一个符号变量，T_act表示髋关节处驱动力矩；

根据被控对象的模型构建降阶的基于极点配置法的立姿平衡控制器，所述降阶的基于极点配置法的立姿平衡控制器为F(s)表示控制器中的前向通道补偿器的分母，G(s)表示控制器中的数字滤波器，A₄(s)表示闭环控制系统的特征多项式，g₀，g₁，g₂表示组合质心的角度，组合质心的角速度，组合质心角加速度分别所对应的反馈系数，a_n0，a_n1，a_n2，a_n3表示所设计的控制器的各项参数，τ表示待求解的未知参数，值为(a_n3-ka_n1)/(ka_n0-a_n2),其中k等于(k₁k_u3+k₂k_l1)/k₂k_l2；

获取踝关节角度、踝关节角速度、踝关节角加速度、髋关节角度、髋关节角速度和髋关节角度角加速度并计算组合质心角度、组合质心角速度和组合质心角加速度；

将组合质心角度、组合质心角速度和组合质心角加速度输入到立姿平衡控制器并输出控制力矩的信号，实现立姿平衡。

2.根据权利要求1所述一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法，其特征在于，所述第一方程的表达式如下：

上式中，M_u表示上摆的质量，l_u表示上摆的半长，l_l表示下摆的全长，J_u表示上摆的理想转动惯量，θ_u表示上摆角度，F表示髋关节处相互作用力的水平分量，T_act表示髋关节处驱动力矩，g表示重力加速度，θ_l表示下摆角度，表示上摆的角加速度，表示下摆的角加速度。

3.根据权利要求2所述一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法，其特征在于，所述第二方程的表达式如下：

上式中，M_l表示下摆的质量，J_l表示下摆的理想转动惯量。

4.根据权利要求3所述一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法，其特征在于，所述获取踝关节角度、踝关节角速度、踝关节角加速度、髋关节角度、髋关节角速度和髋关节角度角加速度并计算组合质心角度、组合质心角速度和组合质心角加速度这一步骤，其具体包括：

基于第一传感器获取踝关节角度、踝关节角速度、踝关节角加速度；

基于第二传感器获取髋关节角度、髋关节角速度和髋关节角度角加速度；

根据踝关节角度、踝关节角速度、踝关节角加速度、髋关节角度、髋关节角速度、髋关节角加速度和组合质心角度公式计算组合质心角度，并经过一次求导、二次求导后，分别得到组合质心角速度和组合质心角加速度。

5.一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-4任一项所述一种基于降阶极点配置法的机器人平衡控制方法。