CN108297964A - 双足机器人及其行走控制方法 - Google Patents
双足机器人及其行走控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108297964A CN108297964A CN201810139466.8A CN201810139466A CN108297964A CN 108297964 A CN108297964 A CN 108297964A CN 201810139466 A CN201810139466 A CN 201810139466A CN 108297964 A CN108297964 A CN 108297964A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biped robot
- gyro
- beat
- robot
- complete machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 description 11
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 8
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 208000035657 Abasia Diseases 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0891—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for land vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明涉及一种双足机器人及其行走控制方法，包括躯干和双腿，机器人的躯干内设置有陀螺组件，该陀螺组件包括至少一对陀螺、用于控制陀螺主动偏转的偏摆电机以及用于控制一对陀螺偏摆速度相同但偏摆方向相反的反向同步机构，该陀螺组件用于双足机器人在抬起其中一条腿时产生与双足机器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整机保持平衡。在整个行走过程中不需要控制机器人左右方向的重心，直接控制双脚向前跨进前行即可，简化了控制流程、降低了控制难度、行走速度也大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及机器人行走的平衡控制技术。
背景技术
双足机器人行走抬脚时，整机产生的重力矩使整机有向抬起一侧倾倒的趋势。为了控制双足机器人抬脚时不发生倾倒，现有技术中，双足机器人每跨一步都需调整机器人整机左右的平衡，而该平衡的调整又需将另一只脚所有的关节进行调整。例如，当要跨右脚时，需将重心调整到左脚上，然后将左脚做为支撑脚，同时抬起右脚向前走。同理，要跨左脚时，将重心调整到右脚上，然后将右脚做为支撑脚，同时抬起左脚向前走，以此类推，如此才可正常行走。但整个过程需要重复将重心左右调整，否则将无法行走或可能发生跌倒。因此控制流程复杂，且行走速度缓慢。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种简化控制流程和提高行走速度的双足机器人及其行走控制方法。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案为：
设计一种双足机器人，包括躯干、大腿和小腿，躯干与大腿之间以及大腿和小腿之间分别设置有关节电机，机器人的躯干内设置有陀螺组件，该陀螺组件包括至少一对陀螺、用于控制陀螺主动偏转的偏摆电机以及用于控制一对陀螺偏摆速度相同但偏摆方向相反的反向同步机构，该陀螺组件用于双足机器人在抬起其中一条腿时产生与双足机器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整机保持平衡。
进一步地，
所述陀螺组件设置在躯干内靠近大腿的位置。
所述陀螺组件还包括陀螺支架，陀螺、偏摆电机和反向同步机构均设置在陀螺支架上。
所述一对陀螺竖直平行设置，所述反向同步机构设置在一对陀螺上方，所述偏摆电机与反向同步机构联接。
提供一种双足机器人的行走平衡控制方法，基于所述机器人的躯干内至少包括一对偏摆速度相同但偏摆方向相反的陀螺，包括以下步骤：
① 关节电机驱动抬起一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
② 关节电机驱动抬起另一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起另一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
③ 重复步骤①至步骤②，双足机器人实现连续行走。
进一步地，
在上述步骤①之前，双足机器人躯干内装设的偏摆电机将陀螺偏摆到最大可利用角度；
当双足机器人上下楼梯时，通过传感器感应楼梯的高度和宽度，双足机器人根据楼梯的高度和宽度信息控制脚抬起的高度和重心前移的宽度。
在步骤①之前，检测双足机器人是否到达楼梯前面。
本发明由于通过至少一对陀螺对双足机器人的行走平衡进行控制，与现有技术相比，本发明的技术效果在于：在整个行走过程中不需要控制机器人左右方向的重心，直接控制双脚向前跨进前行即可，简化了控制流程、降低了控制难度。由于不需要过多的控制相关电机及平衡的过程，所需控制的时间也大幅缩短，进而行走时的速度也大幅提高。同时，也降低了对传感器要求，加强了机器人的机动灵活性。
附图说明
图1是本发明双足机器人的结构示意图；
图2是本发明双足机器人的陀螺装配结构及陀螺产生陀螺力矩但未偏转时的受力示意图；
图3是图2中的一对陀螺偏转后受力分解俯视示意图；
图4是本发明双足机器人上楼梯受力示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
如图1所示，一种双足机器人，包括躯干1、大腿2、小腿3和足4，大腿2和小腿3之间以及小腿3与足4之间分别设置有关节电机（图中未示）。另外，还包括陀螺组件，该陀螺组件设置在机器人的躯干1内，包括至少一对陀螺51、控制陀螺主动偏转的偏摆电机52以及控制一对陀螺偏摆速度相同但偏摆方向相反的反向同步机构53，该陀螺组件用于双足机器人在抬起其中一条腿时产生与双足机器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整机保持平衡。
一些实施例中，陀螺组件设置在大腿2上方。
如图1和图2所示，所述陀螺、 偏摆电机和反向同步机构均设置在陀螺支架上54。一对陀螺竖直平行设置，反向同步机构设置在一对陀螺上方。偏摆电机52与反向同步机构53联接，通过反向同步机构53控制陀螺51主动偏转。
本专利中，为保证只让陀螺产生所需方向上的力矩，而将另外方向的陀螺力矩相互抵销，那么陀螺需要成对设计。图2是陀螺产生陀螺力矩但未偏转时的受力示意图。图2中，X1和X2分别表示一对陀螺的自转轴，Y1和Y2表示分别表示一对陀螺支架轴，Z1和Z2分别表示一对陀螺偏摆轴，ω1和ω2分别表示一对陀螺的自转角速度，ω‘ 1和ω2 ’ 分别表示一对陀螺由反向同步机构控制的偏摆角速度。其中，ω1和ω2大小相同方向相反、ω‘ 1和ω2 ’ 也大小相同方向相反。当一对陀螺T1和T2偏摆到如图3所示的位置时，根据陀螺特性，将产生如图3所示矢量的陀螺力矩t1及t2 ,分解此两个矢量的陀螺力矩为t1 ’，t1 ’’和t2 ’，t2 ’’，这时相同矢量方向的t1 ’及t2 ’之和即为所需方向上的陀螺力矩，而t1 ’’和t2 ’’不是所需方向上的力矩，它们方向相反正好相互抵销。
一种双足机器人的行走平衡控制方法，基于所述机器人的躯干内至少包括一对偏摆速度相同但偏摆方向相反的陀螺，如图1所示，包括以下步骤：
① 双足机器人躯干内装设的偏摆电机将陀螺偏摆到最大可利用角度，以避免还未走完一步陀螺就已经偏转到达极限而导致失去平衡；
② 关节电机驱动抬起一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
③ 关节电机驱动抬起另一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起另一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
④ 重复步骤②至步骤③，左右脚交替连续行走，直至完成整个行程。
当双足机器人上下楼梯时，通过传感器感应楼梯的高度和宽度，双足机器人根据楼梯的高度和宽度信息控制脚抬起的高度和中心前移的宽度。在步骤①之前，可以通过激光雷达或视觉检测感知双足机器人是否到达楼梯前面。
本设计是在双足机器人上加入了一对陀螺，可大幅度简化控制流程，因为不需要调整左右的重心即可以正常行走。拿双足机器人上楼梯来举例，当抬起左脚，如图4所示，整机的重量全部由右脚支撑，但由于重力作用下，整机将会有沿重力M的方向向左翻倒的趋势。由于陀螺受到反作用重力矩M的作用，两个陀螺以ω1和ω2转速偏摆，根据陀螺的特性，此时陀螺便产生沿着Z轴正向的陀螺力矩T，又由于陀螺连接在躯干上，那么该陀螺力矩T抵销了重力矩M，将使机器人的竖直姿态维持不变，也就不会向左发生翻倒。相同道理，当要抬起右脚时也一样姿态维持不变。那么在整个行走过程中不需要控制机器人左右方向的重心，直接控制双脚向前跨进前行即可。由于不需要过多的控制相关电机及平衡的过程，所需控制的时间也大幅缩短，进而行走时的速度也大幅提高。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，其部分细节可通过相应设计变更以其它的形式来实现。对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种双足机器人，包括躯干和双腿，其特征在于，机器人的躯干内设置有陀螺组件，该陀螺组件包括至少一对陀螺、用于控制陀螺主动偏转的偏摆电机以及用于控制一对陀螺偏摆速度相同但偏摆方向相反的反向同步机构，该陀螺组件用于双足机器人在抬起其中一条腿时产生与双足机器人所受到的重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩而使得整机保持平衡。
2.根据权利要求1所述的双足机器人，其特征在于：所述陀螺组件设置在躯干内靠近大腿的位置。
3.根据权利要求1所述的双足机器人，其特征在于：所述陀螺组件还包括陀螺支架，陀螺、偏摆电机和反向同步机构均设置在陀螺支架上。
4.根据权利要求1所述的双足机器人，其特征在于：所述一对陀螺竖直平行设置，所述反向同步机构设置在一对陀螺上方，所述偏摆电机与反向同步机构联接。
5.一种双足机器人的行走平衡控制方法，其特征在于，基于所述机器人的躯干内至少包括一对偏摆速度相同但偏摆方向相反的陀螺，包括以下步骤：
① 关节电机驱动抬起一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩大小相等方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
② 关节电机驱动抬起另一条腿，整机产生的重力矩使整机有向抬起另一侧倾倒的趋势，此时陀螺偏摆产生与所述重力矩方向相反的陀螺力矩使得整机保持平衡；
③ 重复步骤①至步骤②，所述双足机器人实现连续行走。
6.根据权利要求5所述的双足机器人的行走平衡控制方法，其特征在于，在步骤①之前，双足机器人躯干内装设的偏摆电机将陀螺偏摆到最大可利用角度。
7.根据权利要求5所述的双足机器人的行走平衡控制方法，其特征在于，当双足机器人上下楼梯时，通过传感器感应楼梯的高度和宽度，双足机器人根据楼梯的高度和宽度信息控制脚抬起的高度和重心前移的宽度。
8.根据权利要求5至7任一项所述的双足机器人的行走控制方法，其特征在于，在步骤①之前，双足机器人检测双足机器人是否到达楼梯前面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810139466.8A CN108297964A (zh) | 2018-02-11 | 2018-02-11 | 双足机器人及其行走控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810139466.8A CN108297964A (zh) | 2018-02-11 | 2018-02-11 | 双足机器人及其行走控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108297964A true CN108297964A (zh) | 2018-07-20 |
Family
ID=62864923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810139466.8A Pending CN108297964A (zh) | 2018-02-11 | 2018-02-11 | 双足机器人及其行走控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108297964A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109941371A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-28 | 青岛黄海学院 | 一种双足机器人及其行走控制方法 |
| CN110962957A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-07 | 山东大学 | 一种双腿双轮复合运动机器人 |
| CN111015653A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-17 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人 |
| CN111127497A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-05-08 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种机器人及其爬楼控制方法和装置 |
| WO2020113262A1 (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | The University Of Queensland | Gyroscopically stabilised legged robot |
| CN111874120A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-03 | 宿州赛尔沃德物联网科技有限公司 | 一种控制随动仿生机器人行走的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030116363A1 (en) * | 1998-01-06 | 2003-06-26 | Eric Villedieu | Appliance stabilized by a gyroscope, in particular a two-legged robot |
| WO2012047127A1 (ru) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Sulimov Pavel Sergeevich | Одноколесное транспортное средство и устройство стабилизации транспортного средства |
| CN104635732A (zh) * | 2013-11-08 | 2015-05-20 | 三星电子株式会社 | 辅助行走机器人及其控制方法 |
| WO2017048065A1 (ko) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 김대우 | 자이로스코프를 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법 |
| CN106926257A (zh) * | 2017-05-21 | 2017-07-07 | 黄国彬 | 一种智能双足行走机器人 |
-
2018
- 2018-02-11 CN CN201810139466.8A patent/CN108297964A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030116363A1 (en) * | 1998-01-06 | 2003-06-26 | Eric Villedieu | Appliance stabilized by a gyroscope, in particular a two-legged robot |
| WO2012047127A1 (ru) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Sulimov Pavel Sergeevich | Одноколесное транспортное средство и устройство стабилизации транспортного средства |
| CN104635732A (zh) * | 2013-11-08 | 2015-05-20 | 三星电子株式会社 | 辅助行走机器人及其控制方法 |
| WO2017048065A1 (ko) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 김대우 | 자이로스코프를 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법 |
| CN106926257A (zh) * | 2017-05-21 | 2017-07-07 | 黄国彬 | 一种智能双足行走机器人 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 宫赤坤 等: "仿人双足机器人上楼梯轨迹规划及实现", 《制造业自动化》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020113262A1 (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | The University Of Queensland | Gyroscopically stabilised legged robot |
| CN109941371A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-28 | 青岛黄海学院 | 一种双足机器人及其行走控制方法 |
| CN109941371B (zh) * | 2019-04-22 | 2021-09-17 | 青岛黄海学院 | 一种双足机器人及其行走控制方法 |
| CN110962957A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-07 | 山东大学 | 一种双腿双轮复合运动机器人 |
| CN111127497A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-05-08 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种机器人及其爬楼控制方法和装置 |
| CN111015653A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-17 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人 |
| CN111015653B (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-04 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人 |
| CN111874120A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-03 | 宿州赛尔沃德物联网科技有限公司 | 一种控制随动仿生机器人行走的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108297964A (zh) | 双足机器人及其行走控制方法 | |
| US6527071B1 (en) | Appliance stabilized by a gyroscope, in particular a two-wheeled robot | |
| CN101687529B (zh) | 车轮倒立摆型移动体及其控制方法 | |
| US9334002B2 (en) | Balance control apparatus of robot and control method thereof | |
| TW544385B (en) | Two-legged walking-type moving apparatus and controlling device and method thereof | |
| CN103339025B (zh) | 车辆 | |
| CN106882283B (zh) | 一种机器人系统 | |
| CN109938933A (zh) | 一种自平衡移动转运平台 | |
| US8612054B2 (en) | Robot walking control apparatus and method thereof | |
| KR20130034082A (ko) | 로봇 및 그 제어 방법 | |
| CN101836171A (zh) | 倒立型移动体以及倒立型移动体的控制方法 | |
| CN109292019A (zh) | 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法 | |
| CN105599818A (zh) | 越障机器人 | |
| EP2343230A1 (en) | Robot and control method thereof | |
| KR101466312B1 (ko) | 보행 로봇 및 그 제어 방법 | |
| EP2426037A1 (en) | Walking robot and control method thereof | |
| AU2019393830A1 (en) | Gyroscopically stabilised legged robot | |
| CN103038126A (zh) | 车辆 | |
| CN104494725A (zh) | 机器人 | |
| CN106132734A (zh) | 具有高通过能力的车辆 | |
| CN108515508B (zh) | 双轮机器人 | |
| CN107054529A (zh) | 主动控制车身倾斜的双后轮三轮车 | |
| WO2021104091A1 (zh) | 一种电动拐杖、姿态检测装置及机器人 | |
| JP2004009205A (ja) | ２足歩行ロボット | |
| CN108466668A (zh) | 自动滚动行走装置及其运动控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180720 |