專利名稱：基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及自動化控制領域，特別涉及一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制 方法和系統。
背景技術：
仿人機器人(以下簡稱機器人)跟人一樣，是靠兩條腿的行走實現移動的。它的雙腿結 構跟人類似，較傳統的輪式和履帶式機器人有更好的機動性，尤其是在凹凸不平的地面、樓 梯以及與地面僅有離散不連續的接觸點的場合更體現出優越性。但是雙足機器人有本質不穩 定的特點，容易摔倒。為了使機器人行走，需要給定機器人的行走軌跡(動態步態)。機器人 的動態步態是一種固有的、周期的運動，是依據雙足機器人整體動力學產生的。由于約束條 件的耦合性和動力學方程的復雜性，動態步態計算需要一個優化過程。因此，動態步態一般 只能通過離線計算方法來實現。也就是說，動態步態一般是在假設雙足機器人模型和周圍環 境已知的情況下生成的。實際上，雙足機器人行走現實環境不可能與設定的環境和條件完全 相同，由于機器人周圍環境的變化或產牛了未知狀況，如果機器人機械地按照預先規劃好的 動態步態執行，不對所規劃的動態步態進行實時修正和控制，很可能會產生不穩定甚至摔倒 等異常現象。因此，必須根據當甜的環境信息和機器人當前的自身狀態，對規劃的動態步態 進行修正，進行實時步態控制，克服環境的改變與不確定性，使機器人能在實際環境中穩定 行走。
現有技術一公開了一種基于零力矩點(ZMP， Zero Moment Point)補償的控制方法，具 體是通過改變機器人的上身和修正機器人足部位置實現ZMP補償，使機器人穩定行走；
其中，ZMP的具體含義如下根據力學原理，當物體處于靜止狀態時，其平衡的充要條 件是其重心在地面上的投影落在其支撐面內；而當物體處于運動狀態時，其平衡的必要條件 是所受重力與慣性力的合力的延長線通過其支撐面內，該合力的延長線與支撐面的交點稱為 ZMP。
現有技術二公開了一種控制兩足步行機器人的方法，具體是根據地面反作用力，計算橫 搖角和縱搖角，按橫搖角和縱搖角驅動制動器，使受力面法向向量與重力方向上的參考向量對齊，實現機器人穩定行走。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題
1) 現有技術一中機器人的狀態修正需要進行動力學計算，難以做到實時補償和修正；另 外，該方法沒有考慮機器人動態步行必需的穩定裕度。
2) 現有技術二只適合于機器人的靜態步行場合，而不適合機器人的動態步行控制。
發明內容
為了使機器人穩定行走，本發明實施例提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行 走的控制方法和系統。所述技術方案如下
一方面，本發明實施例提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法， 所述方法包括
通過力傳感器測得機器人的地面反作用力；
根據所述地面反作用力，得到機器人的地面反作用力合力點；
判斷規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點是否都在有效穩定區域內；
根據判斷結果，控制所述機器人行走。
另一方面，本發明實施例提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置， 所述裝置包括
力傳感器，用于測得機器人的地面反作用力；
處理模塊，用于根據所述力傳感器測得的地面反作用力，得到機器人的地面反作用力合 力點；
判斷模塊，用于判斷規劃零力矩點和所述處理模塊得到的地面反作用力合力點是否都在 有效穩定區域內；
控制模塊，用于根據所述判斷模塊的判斷結果，控制所述機器人行走。 另一方面，本發明實施例還提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制系 統，所述系統包括
前饋器，用于提供機器人的離線規劃的動態步態0。。(O;
實時修正器，用于當所述機器人的地面反作用力合力點和/或規劃零力矩點不在有效穩定
區域內時，提供對所述前饋器中的動態步態劃4。(0進行修正的實時修正量A《W;
伺服驅動器，用于將所述前饋器中的動態步態^。W和所述實時修正器中的實時修正量 A《(0相加后，驅動所述機器人的踝關節。本發明實施例提供的技術方案的有益效果是
通過對機器人的踝關節角度進行實時修正，使規劃ZMP點和地面反作用力合力點都在有 效穩定區域內，實現了機器人的穩定行走；并且，無需明確的機器人動力學模型，計算簡單， 快速修正機器人的動態步態，使機器人能適應未知環境。
圖1是機器人的步行控制器結構示意圖2是機器人的ZMP點和地面反作用力合力點與穩定區域的關系示意圖； 圖3是本發明實施例1提供的一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法流 程圖4是本發明實施例2提供的一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置示 意圖5是本發明實施例3提供的一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制系統示 意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進 一步地詳細描述。
參見圖1，為機器人的步行控制器結構示意圖，歩行控制器由起前饋作用的離線規劃的 踝關節的動態步態《。G)(離線規劃的踝關節角度)和起局部反饋作用的踝關節的實時修正量 A《(0構成，機器人包括上身101、髖關節102、膝關節103、踝關節104、腳105、力傳感 器106及各個部分之間的連接件，力傳感器106，用于測得地面反作用力的大小。
機器人分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，通過單腳的力傳感器測得單 腳的地面反作用力；當在雙腳支撐期時，通過雙腳的力傳感器分別測得雙腳的地面反作用力。 通過力傳感器測得的地面反作用力，可以得到地面反作用力合力點，具體是當在單腳支撐 期時，通過單腳的力傳感器測得的單腳的地面反作用力的著力點即為地面反作用力合力點； 當在雙腳支撐期時，通過雙腳的力傳感器分別測得的雙腳的地面反作用力的合力的著力點為 地面反作用力合力點。
機器人在行走過程中，為了避免機器人傾倒，保證機器人穩定行走，規劃ZMP點(預先 規劃的，保證機器人穩定行走的ZMP點)和地面反作用力合力點必須在穩定區域內。如果規劃ZMP點和地面反作用力合力點在穩定區域內， 一般地，機器人能行走而不至于傾倒。但為 了確保機器人能夠穩定行走，規劃ZMP點和地而反作用力合力點與穩定區域邊界應保持一定 距離，使規劃ZMP點和地面反作用力合力點在有效穩定區域內，即有一定的穩定裕度。參見 圖2，示出了機器人的穩定區域邊界201 ，有效穩定區域202及規劃ZMP點203和地面反作 用力合力點204，《，是規劃ZMP點203 (不在有效穩定區域內時)與有效穩定區域邊界205 的距離，力是地面反作用力合力點204 (不在有效穩定區域內時)與有效穩定區域邊界205 的距離。
本發明實施例中機器人穩定行走時，機器人踝關節的伺服控制參考角度《a)(機器人行
走時的實際踝關節角度)等于離線規劃的動態步態《。(r)與實時修正量A《(0之和，也就是 AW =+ △《W 。其中，《。W —般是在給定機器人模型和周圍環境已知的情況下生成的； A&(f)是當機器人的地面反作用力合力點和/或規劃ZMP點不在有效穩定區域內時，使機器 人維持平衡時對踝關節角度的實時修正量。
下面將具體描述如何利用對踝關節角度的實時修正量，對踝關節角度進行實時修正，避
免機器人傾倒，保證機器人穩定行走。 實施例1
參見圖3，為本發明實施例提供的一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方 法流程圖，用于對踝關節角度進行實時修正，保證機器人穩定行走，具體包括-
301:通過力傳感器測得地面反作用力，根據力傳感器測得的地面反作用力，得到地面反 作用力合力點。
機器人在靜止或行走過程中，可以通過力傳感器測得地面反作用力的大小。 機器人在行走過程中，可分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，通過單腳 的力傳感器測得單腳的地面反作用力；當在雙腳支撐期時，通過雙腳的力傳感器分別測得雙 腳的地面反作用力。機器人在靜止時同機器人在行走過程中的雙腳支撐期，此處不再贅述。
通過力傳感器測得的地面反作用力，可以得到地面反作用力合力點，具體是當在單腳 支撐期時，通過單腳的力傳感器測得的單腳的地面反作用力的著力點即為地面反作用力合力 點；當在雙腳支撐期時，通過雙腳的力傳感器分別測得的雙腳的地面反作用力的合力的著力 點為地面反作用力合力點。
302:判斷規劃ZMP點和地面反作用力合力點是否都在有效穩定區域內。
判斷規劃ZMP點和地面反作用力合力點是否都在有效穩定區域內，可能的結果如下
規劃ZMP點和地面反作用力合力點都在有效穩定區域內；規劃ZMP點不在有效穩定區域內，地面反作用力合力點在有效穩定區域內；
規劃ZMP點在有效穩定區域內，地面反作用力合力點不在有效穩定區域內；
規劃ZMP點和地面反作用力合力點都不在有效穩定區域內。
303:根據步驟302的判斷結果，控制機器人行走。
根據步驟302的判斷結果，控制機器人行走具體包括下面幾種情況
如果步驟302的判斷結果是規劃ZMP點和地面反作用力合力點都在有效穩定區域內，
機器人按照離線規劃的動態步態行走。也就是說不需要對機器人的踝關節角度進行修正，機
器人的踝關節角度為離線規劃的動態步態0。。(0 。
如果歩驟302的判斷結果是規劃ZMP點不在有效穩定區域內，地面反作用力合力點在有
效穩定區域內，則對支撐腳的踝關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離進行
修正，使規劃ZMP點調整到有效穩定區域內。
對支撐腳的踝關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，具體過
程是在離線規劃的動態步態《。(f)的基礎上加上實時修正量A6/。(0 ，實現對踝關節角度的實
時修正。動態步態《。(0是離線規劃好的，是已知量，實時修正量A^。(f)是在機器人實際行走
過程中，實時計算出來的對動態步態《。(f)的修正量。 實時修正量A《(/)按下面的(1)式計算
區域邊界的距離，K^和^,是系數，且0<^^<1、 0<&,<1， T是計算機控制周期，F—,是
力傳感器測得的對腳的地面反作用力的大小，F,。。,〉0表示腳處于支撐狀態，&。。,=0表示腳
處于擺動狀態，也就是處于支撐狀態的腳轉換到擺動狀態時，按照f)。。,0對應的公式對該腳
的踝關節角度進行修正，當腳處于擺動狀態時，該腳的踝關節角度應該逐漸恢復到固有動態 步態規定的值，所以F一, =0對應的公式是使該腳的踝關節角度恢復到固有動態步態規定的值。
需要說明的是，機器人分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，對單腳的踝 關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，使規劃ZMP點調整到有 效穩定區域內；當在雙腳支撐期時，對雙腳的踝關節角度，分別按照規劃ZMP點與有效穩定 區域邊界的距離進行修正，使規劃ZMP點調整到有效穩定區域內。
如果歩驟302的判斷結果是規劃ZMP點在有效穩定區域內，地面反作用力合力點不在有 效穩定區域內，對支撐腳的踝關節角度，按照地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距
《，")表示^時刻規劃ZMP點與有效穩定離進行修正，使地面反作用力合力點調整到有效穩定區域內。
對支撐腳的踝關節角度，按照地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離進行修正， 具體過程是在離線規劃的動態步態6^(0的基礎上加上實時修正量Ae。(f)，實現對踝關節角 度的修正。動態步態《。W是離線規劃好的，是已知量，實時修正量A《(〖)是在機器人實際行 走過程中，實時計算出來的對動態步態《。(f)的修正量。
實時修正量A《(/)按下面的(2)式計算
A6>。(2)
式中，w)-Pf ，A(1\ T、 ^°"，，力(O表示t時刻地面反作用力合力點與有
效穩定區域邊界的距離，^2￡和《2,是系數，且0<《2。<1、 0<《2,. <1， T是計算機控制周期， 巧。。f是力傳感器測得的對腳的地面反作用力的大小，~。。(>0表示腳處于支撐狀態，巧。。,=0表 示腳處于擺動狀態，也就是處于支撐狀態的腳轉換到擺動狀態時，按照i^。。, =0對應的公式對
該腳的踝關節角度進行修正，當腳處于擺動狀態時，該腳的踝關節角度應該逐漸恢復到固有
動態步態規定的值，所以F力。,=0對應的公式是使該腳的踝關節角度恢復到固有動態步態規定的值。
需要說明的是，機器人分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，對單腳的踝 關節角度，按照地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，使地面反作用力
合力點調整到有效穩定區域內；當在雙腳支撐期時，對雙腳的踝關節角度，分別按照地面反 作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，使地面反作用力合力點調整到有效穩定 區域內。
如果步驟302的判斷結果是規劃ZMP點和地面反作用力合力點都不在有效穩定區域內， 則對于支撐腳的踝關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離和地面反作用力合 力點與有效穩定區域邊界的距離之積進行修正，使規劃ZMP點和地面反作用力合力點都調整 到有效穩定區域內。
對于支撐腳的踝關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離和地面反作用力 合力點與有效穩定區域邊界的距離之積進行修正，具體過程是在離線規劃的動態步態《。(f) 的基礎上加上實時修正量A&(0,實現對踝關節角度的修正。動態歩態《。(0是離線規劃好的， 是己知量，實時修正量A《(0是在機器人實際行走過程中，實時計算出來的對動態步態《。(f) 的修正量。
實時修正量A《(0按下面的(3)式計算
= p(， (3)式中，V^)
&.*《，(')，)，
《,。(0表示^時刻規劃ZMP點與
有效穩定區域邊界的距離，力a)表示t時刻地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離，
A^和i^是系數，且0<《3。.<1、 0<^,<1， T是計算機控制周期，巧。。,是力傳感器測得的 對腳的地面反作用力的大小，>0表示腳處于支撐狀態，f>。。, = 0表示腳處于擺動狀態， 也就是處于支撐狀態的腳轉換到擺動狀態時，按照F,。。, = 0對應的公式對該腳的踝關節角度進 行修正，當腳處于擺動狀態時，該腳的踝關節角度應該逐漸恢復到固有動態步態規定的值， 所以F一 = 0對應的公式是使該腳的踝關節角度恢復到固有動態步態規定的值。
需要說明的是，機器人分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，對單腳的踝 關節角度，按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的距離和地面反作用力合力點與有效穩定區 域邊界的距離之積進行修正，使規劃ZMP點和地面反作用力合力點都調整到有效穩定區域 內；當在雙腳支撐期時，對雙腳的踝關節角度，分別按照規劃ZMP點與有效穩定區域邊界的 距離和地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離之積進行修正，使規劃ZMP點和地面 反作用力合力點都調整到有效穩定區域內。
本發明實施例所述的方法，通過對機器人的踝關節角度進行實時修正，使規劃ZMP點和 地面反作用力合力點都在有效穩定區域內，實現了機器人的穩定行走；并且，無需明確的機 器人動力學模型，計算簡單，快速修正機器人的動態步態，使機器人能適應未知環境。
參見圖4，本發明實施例提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置， 該裝置具體包括-
力傳感器401，用于測得機器人的地面反作用力；
處理模塊402，用于根據力傳感器401測得的地面反作用力，得到機器人的地面反作用 力合力點；
判斷模塊403，用于判斷規劃零力矩點和處理模塊402得到的地面反作用力合力點是否 都在有效穩定區域內；
控制模塊404，用于根據判斷模塊403的判斷結果，控制機器人行走。 其中，控制模塊404具體包括
處理單元，用于當判斷模塊403的判斷結果是規劃零力矩點和地面反作用力合力點都在 有效穩定區域內時，使機器人按照規劃的動態步態行走。 其中，控制模塊404具體包括:
第一修正單元，用于當判斷模塊403的判斷結果是規劃零力矩點不在有效穩定區域內， 地面反作用力合力點在有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照規劃零力矩點與有
實施例2效穩定區域邊界的距離進行修正，其中，具體的修正方式為在離線規劃的動態步態^。(f)的 基礎上加上實時修正量A《(0 ，實現對踝關節角度的實時修正。動態步態《。0)是離線規劃好 的，是已知量，實時修正量A《0)是在機器人實際行走過程中，實時計算出來的對動態步態 《。W的修正量，實時修正量AP。(0按照實施例1中的(1)式計算。 其中，控制模塊404具體包括
第二修正單元，用于當判斷模塊403的判斷結果是規劃零力矩點在有效穩定區域內，地 面反作用力合力點不在有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照地面反作用力合力 點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，其中，具體的修正方式為在離線規劃的動態步態 《。W的基礎上加上實時修正量A《(r)，實現對踝關節角度的實時修正。動態步態&。(f)是離 線規劃好的，是已知量，實時修正量A《W是在機器人實際行走過程中，實時計算出來的對 動態步態《。《)的修正量，實時修正量ARO)按照實施例1中的(2)式計算。
其中，控制模塊404具體包括
第三修正單元，用于當判斷模塊403的判斷結果是規劃零力矩點和地面反作用力合力點 都不在有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照規劃零力矩點與有效穩定區域邊界 的距離和地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離之積進行修正，其中，具體的修帀. 方式為在離線規劃的動態歩態《。(0的基礎上加上實時修正量AA(f)，實現對踝關節角度的 實時修正。動態步態《。(/)是離線規劃好的，是已知量，實時修正量A《(f)是在機器人實際行 走過程中，實時計算出來的對動態步態《。(7)的修正量，實時修正量A^W按照實施例1中的 (3)式計算。
本發明實施例所示的裝置，通過對機器人的踝關節角度進行實時修正，使規劃ZMP點和 地面反作用力合力點都在有效穩定區域內，實現了機器人的穩定行走；并且，無需明確的機 器人動力學模型，計算簡單，快速修正機器人的動態步態，使機器人能適應未知環境。
實施例3
參見圖5，本發明實施例提供了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制系統， 該系統具體包括
前饋器501，用于提供機器人的離線規劃的踝關節的動態步態A。(r);
實時修正器502，用于當機器人的地面反作用力合力點和/或規劃零力矩點不在有效穩定 區域內時，提供對前饋器501中的動態步態劃A。(/)進行修正的踝關節的實時修正量A0。(0 ;
當規劃ZMP點不在有效穩定區域內，地面反作用力合力點在有效穩定區域內，實時修正 量AS。(0按照實施例1中的(1)式計算；當地面反作用力合力點不在有效穩定區域內，規劃ZMP點在有效穩定區域內，實時修正 量AA(O按照實施例1中的(2)式計算；
當規劃ZMP點和地面反作用力合力點都不在有效穩定區域內，實時修正量A^^)按照實 施例1中的(3)式計算。
伺服驅動器503，用于將前饋器501中的動態步態A。W和實時修正器502中的實吋修正 量A^(0相加后，驅動機器人的踝關節。需要說明的是，機器人雙腳的踝關節分別設有上述 系統，機器人分為單腳支撐期和雙腳支撐期，當在單腳支撐期時，支撐腳的踝關節的該系統 對支撐腳的踝關節進行修正；當在雙腳支撐期時，雙腳的踝關節的該系統對分別對雙腳各自 的踝關節進行修正。
本發明實施例所示的系統，通過對機器人的踝關節角度進行實時修正，使規劃ZMP點和 地面反作用力合力點都在有效穩定區域內，實現了機器人的穩定行走；并且，無需明確的機 器人動力學模型，計算簡單，快速修正機器人的動態步態，使機器人能適應未知環境。
以上實施例提供的技術方案中的全部或部分內容可以通過軟件編程實現，其軟件程序存 儲在可讀取的存儲介質巾，存儲介質例如計算機中的硬盤、光盤或軟盤。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之 內，所作的任何修改、等同替換、改進等，都應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在于，所述方法包括通過力傳感器測得機器人的地面反作用力；根據所述地面反作用力，得到機器人的地面反作用力合力點；判斷規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點是否都在有效穩定區域內；根據判斷結果，控制所述機器人行走。
2. 根據權利要求1所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在 于，所述根據判斷結果，控制所述機器人行走具體包括如果判斷結果是所述規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點都在所述有效穩定區域 內，所述機器人按照規劃的動態步態行走。
3. 根據權利要求1所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在 于，所述根據判斷結果，控制所述機器人行走具體包括如果判斷結果是所述規劃零力矩點不在所述有效穩定區域內，所述地面反作用力合力點 在所述有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照所述規劃零力矩點與有效穩定區域 邊界的距離進行修正。
4. 根據權利要求3所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在 于，所述按照所述規劃零力矩點與有效穩定區域邊界的距離進行修正，具體包括在離線規劃的動態步態《。(f)的基礎上加上實時修正量A《(0; 所述實時修正量A《0)具體為其中，^) = ^，(， T、^"1，《，(f)表示m刻所述規劃零力矩點與所述有效穩定區域邊界的距離，&。和^,是系數，且0<尺1￡<1、 0<i^<l， T是計算機控制周期， i^。。,是所述力傳感器測得的對腳的地面反作用力的大小，>0表示腳處于支撐狀態， ^。。,=0表示腳處于擺動狀態。
5. 根據權利要求1所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在于，所述根據判斷結果，控制所述機器人行走具體包括如果判斷結果是所述規劃零力矩點在所述有效穩定區域內，所述地面反作用力合力點不 在所述有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照所述地面反作用力合力點與有效穩 定區域邊界的距離進行修正。
6. 根據權利要求5所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在于，所述按照所述地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離進行修IT.,具體包括 在離線規劃的動態步態《。(0的基礎上加上實時修正量A《(0 ; 所述實時修正量A《(/)具體為其中，/AW t、 n， "/(o表示t時刻所述地面反作用力合力點與所述有效穩定區域邊界的距離，&￡和/^是系數，且0<12￡<1、 0<《2,<1， t是計算機控 制周期，i^,是所述力傳感器測得的對腳的地面反作用力的大小，F一〉0表示腳處于支撐狀 態，&。。,=0表示腳處于擺動狀態。
7. 根據權利要求1所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在 于，所述根據判斷結果，控制所述機器人行走具體包括-如果判斷結果是所述規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點都不在所述有效穩定區域 內時，對支撐腳的踝關節角度，按照所述規劃零力矩點與有效穩定區域邊界的距離和所述地 面反作用力合力點與所述有效穩定區域邊界的距離之積進行修正。
8. 根據權利要求7所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法，其特征在 于，所述按照所述規劃零力矩點與有效穩定區域邊界的距離和所述地面反作用力合力點與所 述有效穩定區域邊界的距離之積進行修正，具體包括在離線規劃的動態步態《。(0的基礎上加上實時修正量A《0); 所述實時修正量A《(/)具體為A6 。(,)= = p(，其中，^)=j5^^f()/_y)' 《，(o表示"寸刻所述規劃零力矩點與所述有效穩定區域邊界的距離，A(f)表示t時刻所述地面反作用力合力點與所述有效穩定區域邊界的距離，《3￡和^,是系數，且0<&<1、 o</:3,<i， t是計算機控制周期，f》。,是所力傳感器測得的對腳的地面反作用力的大小，F》。f > 0表示腳處于支撐狀態，巧。。,=0表示腳 處于擺動狀態。
9. 一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置，其特征在于，所述裝置包括 力傳感器，用于測得機器人的地面反作用力；處理模塊，用于根據所述力傳感器測得的地面反作用力，得到機器人的地面反作用力合 力點；判斷模塊，用于判斷規劃零力矩點和所述處理模塊得到的地面反作用力合力點是否都在 有效穩定區域內；控制模塊，用于根據所述判斷模塊的判斷結果，控制所述機器人行走。
10. 根據權利要求9所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置，其特征 在于，所述控制模塊具體包括處理單元，用于當所述判斷模塊的判斷結果是所述規劃零力矩點和所述地面反作用力合 力點都在所述有效穩定區域內時，使所述機器人按照規劃的動態步態行走。
11. 根據權利要求9所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置，其特征 在于，所述控制模塊具體包括第一修正單元，用于當所述判斷模塊的判斷結果是所述規劃零力矩點不在所述有效穩定區域內，所述地面反作用力合力點在所述有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照 所述規劃零力矩點與有效穩定區域邊界的距離進行修正。
12. 根據權利要求9所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置，其特征 在于，所述控制模塊具體包括第二修正單元，用于當所述判斷模塊的判斷結果是所述規劃零力矩點在所述有效穩定區 域內，所述地面反作用力合力點不在所述有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照 所述地面反作用力合力點與有效穩定區域邊界的距離進行修正。
13. 根據權利要求9所述的基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制裝置，其特征 在于，所述控制模塊具體包括第三修TH單元，用于當所述判斷模塊的判斷結果是所述規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點都不在所述有效穩定區域內時，對支撐腳的踝關節角度，按照所述規劃零力矩點與 有效穩定區域邊界的距離和所述地面反作用力合力點與所述有效穩定區域邊界的距離之積進行修.i卜:。
14. 一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制系統，其特征在于，所述系統包括前饋器，用于提供機器人的離線規劃的動態步態^^);實時修正器，用于當所述機器人的地面反作用力合力點和/或規劃零力矩點不在有效穩定區域內時，提供對所述前饋器中的動態步態劃《。(r)進行修正的實時修正量A & (0 ;伺服驅動器，用于將所述前饋器中的動態步態e。。(o和所述實時修正器中的實時修正量AA(0相加后，驅動所述機器人的踝關節。
全文摘要
本發明公開了一種基于有效穩定區域仿人機器人穩定行走的控制方法和系統，屬于自動化控制領域。所述方法包括通過力傳感器測得機器人的地面反作用力；根據所述地面反作用力，得到機器人的地面反作用力合力點；判斷規劃零力矩點和所述地面反作用力合力點是否都在有效穩定區域內；根據判斷結果，控制所述機器人行走。所述裝置包括力傳感器、處理模塊、判斷模塊和控制模塊。所述系統包括前饋器、實時修正器和伺服驅動器。本發明通過對機器人的踝關節角度進行實時修正，使規劃ZMP點和地面反作用力合力點都在有效穩定區域內，實現了機器人的穩定行走。
文檔編號G05D1/00GK101414190SQ20081017198
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者余張國, 張偉民, 陳學超, 高峻峣, 強 黃 申請人:北京理工大學