CN105269577A - 仿人双足机器人步态切换控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁流变技术的仿人机器步态切换控制系统及控制方法，所述控制系统包括多个柔顺控制器，所述柔顺控制器包括磁流变单元、长度调节单元和反馈回路单元。所述步态切换方法将事先规划好的走路(跑步)的末状态和跑步(走路)的初状态插值成连续光滑可导的曲线，同时，在线反复优化计算步态切换瞬间关节的运动轨迹，通过控制柔顺控制器活塞的往复运动，改变机器人杆件的质心位置、速度和加速度，当机器人有向前倾倒的趋势时，使前腿伸长，后腿缩短，机器人质心调后；当机器人有向后倾倒的趋势时，使前腿缩短，后腿伸长，机器人质心调前，控制机器人的稳定性，实现机器人走路、跑步间的自由切换。

Description

仿人双足机器人步态切换控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿人双足机器人步态切换控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，随着机器人技术的发展，机器人应用领域日趋广泛，而仿人机器人是机器人研究中的重要分支，其涉及到机器人制造中的各个领域。仿人机器人要应用在各个领域，首先要解决的就是机器人步态切换的问题，当机器人在不同路况，不同外力扰动(比如被踢了一脚)下，不同速度下如何进行步态切换，切换成何种步态都是难点中的难点。现有的机器人都只能在已知的环境中完成规定的步态，而机器人在实际运动过程中，有时会由于外界的未知扰动，或者路面的突然变化，导致机器人偏离了原来的状态轨迹；有时会因为路面障碍，不得不改变前进方向；而有时为了跟踪一个实时变化的目标，机器人需要实时调整自己的运动状态，这些问题都涉及到双足行走的步态切换问题。而步态切换最关键的问题是如何解决切换瞬间因关节位移、速度和加速度突变导致的机器人失稳，甚至摔倒的问题。

机器人两杆件间通常由关节连接，当机器人关节速度发生变化时，组成关节的两杆件之间将产生很大的冲击力，很容易损坏机器人硬件结构，尤其当机器人关节速度变化很大时，如从走路到跑步或者跳跃等步态切换的瞬间，这一现象更为显著。

专利号为CN101618547A的中国专利公开了一种基于磁流变技术的踝关节缓冲装置。该专利中将电机与安装在壳体内的片簧固接，脚底板相对于电机的转轴，当地面冲击力很大时，励磁线圈电流增大，磁流变阻尼器阻尼增大，片簧发生形变，对转轴产生阻尼作用。该踝关节缓冲装置主要通过产生与电机相反的扭矩来缓冲地面冲击力，而地面冲击力通常垂直地面向上，此种缓冲装置的效率较低，能耗高，并且片簧在缓冲过程中发生形变，当励磁线圈电流为零时，磁流变液成流体状，发生形变的片簧将恢复原状，释放的能量会影响关节角度，使机器人控制出现偏差，影响其稳定性。

专利号为CN104552312A的中国专利公开了一种机器人关节的磁流变柔顺控制器，采用两组齿轮，一组齿轮布置在充满磁流变液的密封腔内，另一组齿轮布置在密封腔外，分别与关节两杆件相连和驱动组件相连，实现机器人关节两杆件的相对运动。该装置采用了多个齿轮及齿轮轴，结构复杂，且只能用于齿轮驱动；同时，该发明只能用于机械臂或机器人上肢关节等无需考虑机器人稳定性的场合，应用范围有限。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种仿人双足机器人步态切换控制系统，包括至少一个柔顺控制器，所述柔顺控制器连接机器人大腿、小腿、躯干或其它关节杆件的上部与下部，用于帮助机器人完成步态切换。

具体的，所述柔顺控制器包括长度调节单元和反馈回路；

所述长度调节单元包括固定于所述机器人关节杆件上部底端的法兰盘，固定于所述机器人关节杆件下部顶端的隔磁铜罩及设于所述隔磁铜罩内的磁流变单元、吸盘及电磁阀；

所述磁流变单元包括缸体、配置于缸体内的活塞、连接于活塞顶部的活塞杆、设于缸体内的磁流变液以及绕制于缸体上的励磁线圈；所述缸体的底端固定于所述隔磁铜罩底部，所述电磁阀固定于所述隔磁铜罩的顶部，所述电磁阀和隔磁铜罩顶部的中心处均设有开孔，所述活塞杆经所述开孔穿出后连接所述法兰盘；所述吸盘固定于所述活塞杆上，且位于所述缸体顶端和电磁阀之间；

所述反馈回路包括位移传感器、加速度传感器，控制器和检测控制电路；所述位移传感器和加速度传感器设于所述法兰盘的中心处，通过信号线与所述控制器相连，所述控制器通过控制线与励磁线圈相连；所述控制检测电路用于处理所述位移传感器和加速度传感器检测到的信号，并转化为标准的电流或者电压信号，所述控制器根据所述电流或者电压信号发出控制指令改变所述励磁线圈中的励磁电流和所述电磁阀的控制电流，从而改变所述磁流变液的阻尼和电磁阀的磁场。

本发明的仿人双足机器人步态切换控制系统，其工作原理为：在机器人进行步态切换的过程中，当关节杆件上部相对于关节杆件下部向下运动时，活塞向下运动，电磁阀断电，同时通过调节励磁线圈中的励磁电流控制活塞的运动速度，改变杆件质心的位置和运动速度，同时吸收关节之间冲击力；

当关节杆件上部相对于关节杆件下部向上运动时，给电磁阀充电，电磁阀给固定于活塞杆上的吸盘施加一个向上的磁力，实现活塞杆的向上运动，通过调节电磁阀电流控制磁力大小，从而调节杆件质心的位置和运动速度。

本发明还提供了一种仿人双足机器人步态切换方法，应用于安装有上述步态切换控制系统的仿人双足机器人，所述机器人的关节运动由电机驱动，且于大腿、小腿及躯干关节杆件处各装有至少一个柔顺控制器，用于实现机器人走路/跑步两种步态的自由切换。

具体的，其步态切换过程包括如下步骤：

步骤一，根据步态切换指令，在步态切换的瞬间将两种步态下关节杆件的运动参数进行插值，同时进行滚动在线优化，得到所述运动参数连续平滑的轨迹曲线；所述运动参数包括关节杆件质心位置S_i、速度V_i及加速度a_i，其中，i表示第i个关节杆件；

步骤二，根据所述轨迹曲线对应的运动参数，调节电机输出，同时调节柔顺控制器参数进行协调动作，使关节杆件跟踪所述轨迹曲线运动；具体包括，调节励磁线圈中的励磁电流I_i1和电磁阀控制电流I_i2，改变所述关节杆件的长度L_i，从而改变机器人关节杆件质心位置S_i、速度V_i及其加速度a_i。

具体的，磁流变液随励磁线圈电流I_i1的大小可实现从液态到固态的转变；当I_i1＝0时，磁流变液为流体状态，阻尼较小，励磁电流I_i1越大，磁流变液的黏度越大，其阻尼也越大。

电磁阀电流I_i2的大小决定电磁阀磁性的大小；当电I_i2＝0时，电磁阀对吸盘没有磁力，电流越大，施加在吸盘上的磁力越大。

步骤三，完成一次调节后，计算机器人稳定性，判断机器人是否稳定；若不稳定，重复步骤二，直到机器人完成步态切换。

优选的，所述步骤三中，判断机器人走路步态的稳定性采用ZMP稳定性判据；具体的，走路步态包括单脚支撑期和双脚支撑期，当机器人的单脚或双脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定。

优选的，所述步骤三中，判断机器人跑步步态的稳定性时，采用如下方法：

1)当跑步步态为单脚支撑期时，采用ZMP稳定性判据；具体的，当机器人的单脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定；

2)当跑步步态为脚与地面不接触的飞行期时，采用质心角动量判据；具体的，机器人关节杆件满足如下表达式时即为稳定：

其中，为第i个关节杆件质心的角动量，ε为不小于零的数，k表示第k个循环周期，T为跑步周期，T_s为飞行期时间。

进一步的，所述ZMP稳定性判据中，ZMP落点坐标通过下述公式计算：

$x_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)x_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{x}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{iy}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{iy}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$

$y_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)y_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{y}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{ix}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{ix}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$

其中，m_i表示第i个关节杆件质心的质量，x_i，y_i，z_i分别表示第i个关节杆件质心坐标，分别表示第i个关节杆件质心加速度，I_ix，I_iy分别表示第i个关节杆件质心的转动惯量，分别表示第i个关节杆件质心绕X轴，Y轴转动的角加速度，g表示重力加速度。

进一步的，机器人从走路步态切换到跑步步态时，关节杆件速度瞬间增大，机器人运动状态从双脚支撑期切换至飞行期。

进一步的，机器人从跑步步态切换到走路步态时，关节杆件速度瞬间减小，机器人运动状态从飞行期切换至双脚支撑期。

本发明的仿人双足机器人步态切换方法，其原理基于机器人的稳定性与质心的运动状态有关。本发明中通过控制励磁线圈和电磁阀的电流来调节活塞杆的往复运动，改变机器人各关节杆件的长度，从而改变各关节杆件质心的位置、速度和加速度，进而控制机器人在步态切换过程中的稳定性。

传感器每采集一次，根据反馈值在线滚动优化一次关节位移、速度和加速度，同时通过调节各柔顺控制器参数I_i1、I_i2来调节机器人各关节杆件质心的位置S_i、速度V_i、加速度a_i，并根据稳定性判断公式计算一次机器人稳定性，完成一次采样周期的计算、优化和控制，直至机器人完成步态切换。

采用上述技术方案，本发明主要有以下优点：

1、本发明的仿人双足机器人步态切换控制系统，主要采用磁流变技术和电磁阀技术实现关节的柔顺控制，技术成熟，易于实现，响应及时，运行平稳可靠，且结构简单，紧凑，操作方便，成本较低，不仅可用于双足机器人，也可用于多足机器人，应用广泛。

2、本发明的仿人双足机器人步态切换方法，以机器人走路和跑步为基础，通过控制安装在机器人两腿及躯干关节杆件上的柔顺控制器，进而控制机器人关节杆件的质心位置和速度，实现了机器人走路和跑步两种步态的自由切换，极大的扩大了机器人的应用范围。同时，本发明的方法极好的模拟了人类的走路、跑步间的切换，控制方法简单，且为机器人硬件提供了极好的保护。

附图说明

图1为本发明的仿人双足机器人步态切换控制系统中柔顺控制器的较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明的仿人双足机器人步态切换方法的实施例的流程示意图；

附图标记说明：1-关机杆件上部、2-法兰盘、3-活塞杆、4-隔磁铜罩、5-电磁阀、6-吸盘、7-缸体、8-励磁线圈、9-活塞、10-关节杆件下部、11-位移传感器、12-加速度传感器。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种仿人双足机器人步态切换控制系统，包括至少一个柔顺控制器，所述柔顺控制器连接机器人大腿、小腿、躯干或其它关节杆件的上部与下部。其中，柔顺控制器包括长度调节单元和反馈回路。

如附图1所示，柔顺控制器通过活塞杆3的往复运动来调节机器人各关节杆件质心的位置S_i、速度V_i及加速度a_i，其主要部件是磁流变单元和长度调节单元。

磁流变单元由缸体7、布置于缸体内的活塞9、连接于活塞顶部的活塞杆3、缸体7内的磁流变液以及绕制于缸体上的励磁线圈8组成，通过改变磁力线圈的电流I_i1控制磁流变液的阻尼。

隔磁铜罩4为密封圆柱体，上端面内壁装有电磁阀5，上端面设有中心孔，用于活塞杆的往复运动，下端面四周均匀设有螺纹孔，用于连接机器人关节杆件下部10。

长度调节单元由活塞杆3、固定于活塞杆中段的吸盘9、铜罩4，布置在铜罩内顶部的电磁阀5、与活塞杆相连的法兰盘2、以及安装于法兰盘中心的位置传感器11及加速度传感器12组成，过改变电磁阀的电流I_i2来控制活塞向上运动的速度。

法兰盘2与活塞杆3上端相连，中心安装有位移传感器11和加速度传感器12，四周均设有螺纹孔，用于连接机器人关节杆件上部1。

控制检测电路将位移传感器11和加速度传感器12所测到的信号经过处理后转化为标准的电流信号，控制器根据这个电流信号发出控制指令改变励磁线圈的励磁电流I_i1及电磁阀的电流I_i2，从而改变磁流变液的阻尼和电磁阀磁场。

当关节杆件上部1相对于关节杆件下部10向下运动时，活塞9向下运动，电磁阀5断电，同时通过调节励磁线圈8电流控制活塞的运动速度，改变杆件质心的位置和运动速度，同时吸收关节之间冲击力。当关节杆件上部1相对于关节杆件下部10向上运动时，给电磁阀5充电，电磁阀5给固定于活塞杆3上的吸盘6施加一个向上的磁力，实现活塞杆3的向上运动，通过调节电磁阀电流控制磁力大小，从而调节关节杆件质心的位置和运动速度。

本发明还提供了采用上述控制系统的仿双足机器人的步态切换方法，机器人的关节运动由电机驱动，并在大腿、小腿及躯干关节杆件处各装有至少一个柔顺控制器。具体的，采用本方法的步态切换过程包括如下步骤：

步骤一，根据步态切换指令，在步态切换的瞬间将两种步态下关节杆件的运动参数进行插值，同时进行滚动在线优化，得到所述运动参数连续平滑的轨迹曲线；所述运动参数包括关节杆件质心位置S_i、速度V_i及加速度a_i，其中，i表示第i个关节杆件；

步骤二，根据所述轨迹曲线对应的运动参数，调节电机输出，同时调节柔顺控制器参数进行协调动作，使关节杆件跟踪所述轨迹曲线运动；具体包括，调节励磁线圈中的励磁电流I_i1和电磁阀控制电流I_i2，改变所述关节杆件的长度L_i，从而改变机器人关节杆件质心位置S_i、速度V_i及其加速度a_i。

具体的，磁流变液随励磁线圈电流I_i1的大小可实现从液态到固态的转变；当I_i1＝0时，磁流变液为流体状态，阻尼较小，励磁电流I_i1越大，磁流变液的黏度越大，其阻尼也越大。

电磁阀电流I_i2的大小决定电磁阀磁性的大小；当电I_i2＝0时，电磁阀对吸盘没有磁力，电流越大，施加在吸盘上的磁力越大。

步骤三，完成一次调节后，计算机器人稳定性，判断机器人是否稳定；若不稳定，重复步骤二，直到机器人完成步态切换。

在上述步骤三中，本发明判断机器人走路步态的稳定性采用ZMP稳定性判据；具体的，走路步态包括单脚支撑期和双脚支撑期，当机器人的单脚或双脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定。其中，ZMP落点坐标通过下述公式计算：

$x_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)x_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{x}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{iy}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{iy}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$

$y_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)y_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{y}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{ix}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{ix}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$ (公式1)

其中，m_i表示第i个关节杆件质心的质量，x_i，y_i，z_i分别表示第i个关节杆件质心坐标，分别表示第i个关节杆件质心加速度，I_ix，I_iy分别表示第i个关节杆件质心的转动惯量，分别表示第i个关节杆件质心绕X轴，Y轴转动的角加速度，g表示重力加速度。

另外，判断机器人跑步步态的稳定性时，采用如下方法：

1)当跑步步态为单脚支撑期时，采用ZMP稳定性判据；具体的，当机器人的单脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定；

2)当跑步步态为脚与地面不接触的飞行期时，采用质心角动量判据；具体的，机器人关节杆件满足如下表达式时即为稳定：

(公式2)

其中，为第i个关节杆件质心的角动量，ε为不小于零的数，k表示第k个循环周期，T为跑步周期，T_s为飞行期。

下面结合具体实施例对上述方法作出进一步详细说明。

如附图2所示，步态切换过程中，柔顺控制器的具体的工作过程如下：

1.机器人实现从走路切换到跑步的步态切换，关节速度瞬间增大，控制器接收到走路切换到跑步的指令，电机输出迅速增大。

切换的过程是两个状态的衔接：走路状态从行走过程中摆动腿落地开始到支撑腿离地结束；跑步状态从行走过程中的支撑腿踝关节、膝关节等发力到机器人飞离地面结束。

在走路末状态，摆动脚在前，支撑腿在后，走过过程中摆动腿落地，摆动腿杆件上部相对于下部向下运动，电磁阀5断电，逐渐增大磁力线圈电流8，机器人杆件质心位置降低，竖直方向速度逐渐减小直至变成零。

在跑步初状态，控制器给电磁阀5发出一个高电流标准信号，位于后面的支撑腿杆件电磁阀5的磁场瞬间增大，给吸盘6施加一个很大磁力，支撑腿的大腿和小腿瞬间发力，使机器人飞离地面，进入跑步飞行期。电磁阀给吸盘施加向上的磁力，活塞向上运动的过程相当于人类跑步过程中脚向后蹬的过程，使机器人的飞离地面。

将走路末状态和跑步初状态插值成一条光滑可导的曲线，利用公式(1)，(2)计算判断其稳定性，同时调节位于躯干处的柔顺控制器，增大机器人躯干前倾角度，降低躯干质心位置，增大躯干质心速度，当机器人有向前倾倒的趋势时，使前腿伸长，后腿缩短，向后调节机器人重心；当机器人有向后倾倒的趋势时，使前腿缩短，后腿伸长，向前调节机器人重心，控制机器人的稳定性。

2.机器人实现从跑步切换到走路的步态切换，关节速度瞬间减小，控制器接收到跑步切换到走路的指令，电机输出迅速减小。

切换的过程是两个状态的衔接：跑步状态从跑步过程中的位于前方的摆动腿落地到这一摆动腿离地结束；走路部分从跑步过程中位于后方的摆动腿摆动至前方落地结束。

在跑步末状态，位于前方摆动腿落地瞬间，摆动腿杆件上部相对下部迅速向下运动，地面给机器人向上施加一个极大的冲击力，接到步态切换指令，控制器迅速给励磁线圈8和电磁阀施5加一个高电流信号，缓慢减少励磁电流I_i1和电磁阀电流I_i2，使活塞慢慢向下运动，前方摆动腿质心位置降低，竖直方向速度迅速减小直至为零。质心降低的过程相当于人类跑步落地时重心下移的过程，为机器人硬件提供了很好的缓冲保护。

在走路初状态，位于后方的摆动腿开始向前摆动，电机输出减小，电磁阀5断电，这一摆动腿摆置前方落地，控制器逐渐增大励磁线圈的电流I_i1，逐渐增大磁流变液的阻尼，摆动腿质心位置降低，竖直方向速度逐渐减小直至为零。

将走路末状态和跑步初状态插值成一条光滑可导的曲线，同时利用公式(1)，(2)计算判断其稳定性，同时，调节位于躯干处的柔顺控制器，提高躯干质心位置，减小躯干质心速度，当机器人有向前倾倒的趋势时，使前腿伸长，后腿缩短，将机器人重心向后调节；当机器人有向后倾倒的趋势时，使前腿缩短，后腿伸长，向前调节机器人重心，控制机器人的稳定性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种仿人双足机器人步态切换控制系统，包括至少一个柔顺控制器，所述柔顺控制器连接机器人大腿、小腿、躯干或其它关节杆件的上部与下部，其特征在于：

所述柔顺控制器包括长度调节单元、和反馈回路；

所述长度调节单元包括固定于所述机器人关节杆件上部(1)底端的法兰盘(2)，固定于所述机器人关节杆件下部(10)顶端的隔磁铜罩(4)及设于所述隔磁铜罩(4)内的磁流变单元、吸盘(6)及电磁阀(5)；

所述磁流变单元包括缸体(7)、配置于缸体(7)内的活塞(9)、连接于活塞(9)顶部的活塞杆(3)以及绕制于缸体上的励磁线圈(8)，所述缸体(7)内设有磁流变液；所述缸体(7)的底端固定于所述隔磁铜罩(4)底部，所述电磁阀(5)固定于所述隔磁铜罩(4)的顶部，所述电磁阀(5)和隔磁铜罩(4)顶部的中心处均设有开孔，所述活塞杆(3)经所述开孔穿出后连接所述法兰盘(2)；所述吸盘(6)固定于所述活塞杆(3)上，且位于所述缸体顶端和电磁阀之间；

所述反馈回路包括位移传感器(11)、加速度传感器(12)，控制器和检测控制电路；所述位移传感器和加速度传感器设于所述法兰盘的中心处，通过信号线与所述控制器相连，所述控制器通过控制线与励磁线圈相连；所述控制检测电路用于处理所述位移传感器和加速度传感器检测到的信号，并转化为标准的电流或者电压信号，所述控制器根据所述电流或者电压信号发出控制指令改变所述励磁线圈中的励磁电流和所述电磁阀的控制电流，从而改变所述磁流变液的阻尼和电磁阀的磁场。

2.一种仿人双足机器人步态切换方法，应用于安装有如权利要求1所述的步态切换控制系统的仿人双足机器人，所述机器人的关节运动由电机驱动，且于大腿、小腿及躯干关节杆件处各装有至少一个柔顺控制器，用于实现机器人走路/跑步两种步态的自由切换，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据步态切换指令，在步态切换的瞬间将两种步态下关节杆件的运动参数进行插值，同时进行滚动在线优化，得到所述运动参数连续平滑的轨迹曲线；所述运动参数包括关节杆件质心位置S_i、速度V_i及加速度a_i，其中，i表示第i个关节杆件；

步骤二，根据所述轨迹曲线对应的运动参数，调节电机输出，同时调节柔顺控制器参数进行协调动作，使关节杆件跟踪所述轨迹曲线运动；具体包括，调节励磁线圈中的励磁电流I_i1和电磁阀控制电流I_i2，改变所述关节杆件的长度L_i，从而改变机器人关节杆件质心位置S_i、速度V_i及其加速度a_i；

步骤三，完成一次调节后，计算机器人稳定性，判断机器人是否稳定；若不稳定，重复步骤二，直到机器人完成步态切换。

3.如权利要求2所述的仿人双足机器人步态切换方法，其特征在于：

所述步骤三中，判断机器人走路步态的稳定性采用ZMP稳定性判据；具体的，走路步态包括单脚支撑期和双脚支撑期，当机器人的单脚或双脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定。

4.如权利要求2所述的仿人双足机器人步态切换方法，其特征在于，所述步骤三中，判断机器人跑步步态的稳定性时，采用如下方法：

1)当跑步步态为单脚支撑期时，采用ZMP稳定性判据；具体的，当机器人的单脚与地面接触时，ZMP落点坐标在支撑区域内即为稳定；

2)当跑步步态为脚与地面不接触的飞行期时，采用质心角动量判据；具体的，机器人关节杆件满足如下表达式时即为稳定：

其中，为第i个关节杆件质心的角动量，ε为不小于零的数，k表示第k个循环周期，T为跑步周期，T_s为飞行期时间。

5.如权利要求3或4所述的仿人双足机器人步态切换方法，其特征在于：

所述ZMP稳定性判据中，ZMP落点坐标通过下述公式计算：

$x_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)x_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{x}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{iy}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{iy}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$

$y_{ZMP}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)y_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i{\stackrel{\·\·}{y}}_i{z}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{I}_{ix}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Ω}}}_{ix}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{m}_i({\stackrel{\·\·}{z}}_i+g)}$

其中，m_i表示第i个关节杆件质心的质量，x_i，y_i，z_i分别表示第i个关节杆件质心坐标，分别表示第i个关节杆件质心加速度，I_ix，I_iy分别表示第i个关节杆件质心的转动惯量，分别表示第i个关节杆件质心绕X轴，Y轴转动的角加速度，g表示重力加速度。

6.如权利要求5所述的仿人双足机器人步态切换方法，其特征在于：机器人从走路步态切换到跑步步态时，关节杆件速度瞬间增大，机器人运动状态从双脚支撑期切换至飞行期。

7.如权利要求5所述的仿人机器人步态切换方法，其特征在于：机器人从跑步步态切换到走路步态时，关节杆件速度瞬间减小，机器人运动状态从飞行期切换至双脚支撑期。