CN110667730A - 一种仿生机器人的腿部行走控制系统 - Google Patents
一种仿生机器人的腿部行走控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种仿生机器人的腿部行走控制系统,包括以下步骤:第一步,第一腿部总成抬腿,第二腿部总成站立;第二步,第一腿部总成恢复站立,第二腿部总成后蹬;第三步,第一腿部总成保持站立,第二腿部总成抬腿;第四步,第二腿部总成恢复站立,第一腿部总成后蹬;如此循环执行以上述步骤。本仿生机器人的腿部行走控制系统能使仿生机器人腿部能模仿出类似人类行走的姿态,使仿生机器人保持平衡,并且能平稳地向前行走,活动范围更加宽广。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域,具体是一种仿生机器人的腿部行走控制系统。
背景技术
双足行走机器人的研究始于1968年,美国通用公司的 R.Smo- sher 试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人,揭开了双足机器人研究的序幕,但该机器人只有踝和髋两个关节,操纵者靠力反馈感觉来保持机器人的平衡。1968~1969 年,南斯拉夫的著名科学家 M.Vukobratovic 提出了一种重要的研究双足机器人的理论,即 MP 稳定 判据,并研制出世界上第一台真正意义的双足机器人;但这种完全靠编程控制的双足行走机器人在许多危急情况下单靠编程的控制是无法处理的。
因此,需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足,而提供一种仿生机器人的腿部行走控制系统,其能使仿生机器人腿部能模仿出类似人类行走的姿态,使仿生机器人保持平衡,并且能平稳地向前行走,活动范围更加宽广。
本发明的目的是这样实现的:
一种仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:包括以下步骤:
第一步,第一腿部总成抬腿,第二腿部总成站立;
第二步,第一腿部总成恢复站立, 第二腿部总成后蹬;
第三步,第一腿部总成保持站立,第二腿部总成抬腿;
第四步,第二腿部总成恢复站立, 第一腿部总成后蹬;
如此循环执行以上述步骤。
所述第一腿部总成和第二腿部总成分别包括大腿组件中的一支以上大腿推拉杆、及小腿组件中的一支以上小腿推拉杆;
第一步中,初始站立状态下,控制第一腿部总成完成抬腿动作,第二腿部总成保持站立动作;第一腿部总成抬腿动作的控制如下:控制两支大腿推拉杆按比例2:3的推出长度伸展,控制一支以上小腿推拉杆伸展;
第二步中,控制第二腿部总成完成后蹬动作,控制第一腿部总成恢复站立动作;第二腿部总成后蹬动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩;第一腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩至初始位置;
第三步中,控制第二腿部总成完成抬腿动作,第一腿部总成保持站立动作;第二腿部总成抬腿动作的控制如下:控制两支大腿推拉杆按比例2:3的推出长度伸展,控制一支以上小腿推拉杆伸展;
第四步中,控制第一腿部总成完成后蹬动作,控制第二腿部总成恢复站立动作;第一腿部总成后蹬动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩;第二腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩至初始位置。
第一步中,还需要控制第二腿部总成中的一支以上小腿推拉杆收缩;第三步中,还需要控制第一腿部总成中的一支以上小腿推拉杆收缩。
所述大腿推拉杆和/或小腿推拉杆上设置有相应的位置传感器;控制腿部行走前需要实现站立姿态,站立姿态下位置传感器检测相应推拉杆的初始位置;当位置传感器的信号S为1时,表示相应的推拉杆伸缩位置不在初始位置;当位置传感器的信号S为0时,表示相应的推拉杆伸缩位置在初始位置。
腿部行走控制过程中,第一步、第二步、第三步和第四步一直依次循环执行,无论在哪步停止,第一腿部总成和/或第二腿部总成都会恢复初始站立状态。
作为具体的实施方案:
所述仿生机器人包括第一腿部总成和第二腿部总成;所述第一腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第一大腿推拉杆、大腿组件中位于内侧的第二大腿推拉杆、小腿组件中位于外侧的第一小腿推拉杆、及小腿组件中位于内侧的第二小腿推拉杆;所述第二腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第三大腿推拉杆、大腿组件中位于内侧的第四大腿推拉杆、小腿组件中位于外侧的第三小腿推拉杆、及小腿组件中位于内侧的第四小腿推拉杆;
腿部行走控制包括以下步骤:
第一步,初始站立状态下,控制第一腿部总成完成抬腿动作,第二腿部总成保持站立动作;第一腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆和第二大腿推拉杆按比例:的推出长度伸展,控制第一小腿推拉杆和第二小腿推拉杆同时伸展;
第二步,控制第二腿部总成完成后蹬动作,控制第一腿部总成恢复站立动作;第二腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆、第四大腿推拉杆、第三小腿推拉杆和第四小腿推拉杆分别收缩;第一腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆、第二大腿推拉杆、第一小腿推拉杆和第二小腿推拉杆分别收缩至初始位置;
第三步,控制第二腿部总成完成抬腿动作,第一腿部总成保持站立动作;第二腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆和第四大腿推拉杆按比例:的推出长度伸展,控制第三小腿推拉杆和第四小腿推拉杆同时伸展;
第四步,控制第一腿部总成完成后蹬动作,控制第二腿部总成恢复站立动作;第一腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆、第二大腿推拉杆、第一小腿推拉杆和第二小腿推拉杆分别收缩;第二腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆、第四大腿推拉杆、第三小腿推拉杆和第四小腿推拉杆分别收缩至初始位置;
如此循环执行上述步骤。
第一步中,第一大腿推拉杆伸展2秒,第二大腿推拉杆伸展3秒,第一小腿推拉杆和/或第二小腿推拉杆伸展2秒,第二腿部总成中的第四小腿推拉杆收缩1秒。
第二步中,第三大腿推拉杆、第四大腿推拉杆、第三小腿推拉杆和/或第四小腿推拉杆收缩1.5秒。
第三步中,第三大腿推拉杆伸展2秒,第四大腿推拉杆伸展3秒,第三小腿推拉杆和/或第四小腿推拉杆伸展2秒,第一腿部总成中的第二小腿推拉杆收缩1秒。
第四步中,第一大腿推拉杆、第二大腿推拉杆、第一小腿推拉杆和/或第二小腿推拉杆收缩1.5秒。
本发明的有益效果如下:
为适应不同的使用环境,本通过远程操控的腿部行走控制系统来应对多种突发情况;通过接入5G信号能做到极低的延迟,实现了肉眼可见的同步动作,手指也能灵活控制,这是传统机器人不能做到的极大优点;通过本仿生机器人的腿部行走控制系统实现的行走方式基本具备了代替人类进去危险场所工作的基本能力,可用于一些勘探和危机处理。
为了克服机器人行走中容易失去平衡的问题,通过本仿生机器人的腿部行走控制系统可使仿生机器人的行走模仿人类的腿及髋关节、膝关节和裸关节的运动,使仿生机器人在行走中的每个点都保持平稳并具备了一定的负重能力,地理位置复杂的地方也能保持平稳行走;通过与上身的连接具备在一定高危场景工作的基本要求,能应对一些复杂的突发情况,减少抢险救灾中人员的伤亡,以达到零伤亡为目的。
附图说明
图1为本发明一实施例中腿部行走控制系统的控制流程图。
图2为本发明一实施例中仿生机器人站立状态的后视图。
图3为本发明一实施例中仿生机器人行走状态的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图3,本仿生机器人的腿部行走控制系统中,涉及的仿生机器人包括第一腿部总成(左侧)和第二腿部总成(右侧);第一腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第一大腿推拉杆1、大腿组件中位于内侧的第二大腿推拉杆2、小腿组件中位于外侧的第一小腿推拉杆3、及小腿组件中位于内侧的第二小腿推拉杆4;第二腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第三大腿推拉杆5、大腿组件中位于内侧的第四大腿推拉杆6、小腿组件中位于外侧的第三小腿推拉杆7、及小腿组件中位于内侧的第四小腿推拉杆8;
本仿生机器人向前行走时可以模仿人类的行走姿态,其行走姿态可以分几步进行,每一步都需要控制相应的推拉杆完成相关动作;腿部行走控制具体包括以下步骤:
第一步,第一腿部总成抬腿,第二腿部总成站立;
第二步,第一腿部总成恢复站立, 第二腿部总成后蹬;
第三步,第一腿部总成保持站立,第二腿部总成抬腿;
第四步,第二腿部总成恢复站立, 第一腿部总成后蹬;
如此循环执行以上述步骤,使仿生机器人完成人类般的平衡行走。
进一步地,第一步中,初始站立状态下,控制第一腿部总成完成抬腿动作,第二腿部总成保持站立动作;第一腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆1和第二大腿推拉杆2按比例2:3的推出长度往外伸展,控制第一小腿推拉杆3和第二小腿推拉杆4同时往外伸展;
第二步中,控制第二腿部总成完成后蹬动作,控制第一腿部总成恢复站立动作;第二腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆5、第四大腿推拉杆6、第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8分别收缩;第一腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆1、第二大腿推拉杆2、第一小腿推拉杆3和第二小腿推拉杆4分别收缩至初始位置;
第三步中,控制第二腿部总成完成抬腿动作,第一腿部总成保持站立动作;第二腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆5和第四大腿推拉杆6按比例2:3的推出长度往外伸展,控制第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8同时往外伸展;
第四步中,控制第一腿部总成完成后蹬动作,控制第二腿部总成恢复站立动作;第一腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆1、第二大腿推拉杆2、第一小腿推拉杆3和第二小腿推拉杆4分别收缩;第二腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆5、第四大腿推拉杆6、第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8分别收缩至初始位置。
进一步地,第一步中,第一大腿推拉杆1伸展2秒,第二大腿推拉杆2伸展3秒,第一小腿推拉杆3和第二小腿推拉杆4分别伸展2秒;第二腿部总成中的第四小腿推拉杆8收缩,第四小腿推拉杆8 收缩1秒。
进一步地,第二步中,第三大腿推拉杆5、第四大腿推拉杆6、第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8分别收缩1.5秒。
进一步地,第三步中,第三大腿推拉杆5伸展2秒,第四大腿推拉杆6伸展3秒,第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8分别伸展2秒;第一腿部总成中的第二小腿推拉杆4收缩1秒。
进一步地,第四步中,第一大腿推拉杆1、第二大腿推拉杆2、第一小腿推拉杆3和第二小腿推拉杆4分别收缩1.5秒。
进一步地,第一大腿推拉杆1、第二大腿推拉杆2、第一小腿推拉杆3、第二小腿推拉杆4、第三大腿推拉杆5、第四大腿推拉杆6、第三小腿推拉杆7和第四小腿推拉杆8上分别设置有相应的位置传感器;控制腿部行走前需要实现站立姿态,站立姿态下位置传感器检测相应推拉杆的初始位置,确保仿生机器人在初始位置能平稳站立起来;当位置传感器的信号S为1时,表示相应的推拉杆伸缩位置不在初始位置;当位置传感器的信号S为0时,表示相应的推拉杆伸缩位置在初始位置。
进一步地,腿部行走控制过程中,第一步、第二步、第三步和第四步一直依次循环执行,无论在哪步停止,第一腿部总成和第二腿部总成都会恢复初始站立状态。
进一步地,第一腿部总成和第二腿部总成分别包括:大腿组件,大腿组件包括大腿连接座11、大腿前连接件12和大腿后连接件13;小腿组件,小腿组件包括中关节座14、小腿前连接件15和小腿后连接件16;脚踝组件,脚踝组件包括相互活动式连接的脚踝连接座17和脚踝底座18;
第一腿部总成中,大腿连接座11、第一大腿推拉杆1顶端和第二大腿推拉杆2顶端分别活动式连接仿生机器人上身;第一大腿推拉杆1底端和第二大腿推拉杆2底端分别活动式连接相应的大腿前连接件12;大腿前连接件12顶端和大腿后连接件13顶端分别铰接大腿连接座11;大腿前连接件12底端和大腿后连接件13底端分别铰接中关节座14;小腿前连接件15顶端和小腿后连接件16顶端分别铰接中关节座14;第一小腿推拉杆3顶端和第二小腿推拉杆4顶端分别活动式连接相应的小腿前连接件15;小腿前连接件15底端和小腿后连接件16底端分别铰接脚踝连接座17;第一小腿推拉杆3底端和第二小腿推拉杆4底端分别活动式连接脚踝底座18;
第二腿部总成中,大腿连接座11、第三大腿推拉杆5顶端和第四大腿推拉杆6顶端分别活动式连接仿生机器人上身;第三大腿推拉杆5底端和第四大腿推拉杆6底端分别活动式连接相应的大腿前连接件12;大腿前连接件12顶端和大腿后连接件13顶端分别铰接大腿连接座11;大腿前连接件12底端和大腿后连接件13底端分别铰接中关节座14;小腿前连接件15顶端和小腿后连接件16顶端分别铰接中关节座14;第三小腿推拉杆7顶端和第四小腿推拉杆8顶端分别活动式连接相应的小腿前连接件15;小腿前连接件15底端和小腿后连接件16底端分别铰接脚踝连接座17;第三小腿推拉杆7底端和第四小腿推拉杆8底端分别活动式连接脚踝底座18。
上述为本发明的优选方案,显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:包括以下步骤:
第一步,第一腿部总成抬腿,第二腿部总成站立;
第二步,第一腿部总成恢复站立, 第二腿部总成后蹬;
第三步,第一腿部总成保持站立,第二腿部总成抬腿;
第四步,第二腿部总成恢复站立, 第一腿部总成后蹬;
如此循环执行以上述步骤。
2.根据权利要求1所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:所述第一腿部总成和第二腿部总成分别包括大腿组件中的一支以上大腿推拉杆、及小腿组件中的一支以上小腿推拉杆;
第一步中,初始站立状态下,控制第一腿部总成完成抬腿动作,第二腿部总成保持站立动作;第一腿部总成抬腿动作的控制如下:控制两支大腿推拉杆按比例2:3的推出长度伸展,控制一支以上小腿推拉杆伸展;
第二步中,控制第二腿部总成完成后蹬动作,控制第一腿部总成恢复站立动作;第二腿部总成后蹬动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩;第一腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩至初始位置;
第三步中,控制第二腿部总成完成抬腿动作,第一腿部总成保持站立动作;第二腿部总成抬腿动作的控制如下:控制两支大腿推拉杆按比例2:3的推出长度伸展,控制一支以上小腿推拉杆伸展;
第四步中,控制第一腿部总成完成后蹬动作,控制第二腿部总成恢复站立动作;第一腿部总成后蹬动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩;第二腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制一支以上大腿推拉杆和一支以上小腿推拉杆分别收缩至初始位置。
3.根据权利要求2所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:第一步中,还需要控制第二腿部总成中的一支以上小腿推拉杆收缩;第三步中,还需要控制第一腿部总成中的一支以上小腿推拉杆收缩。
4.根据权利要求2所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:所述大腿推拉杆和/或小腿推拉杆上设置有相应的位置传感器;控制腿部行走前需要实现站立姿态,站立姿态下位置传感器检测相应推拉杆的初始位置;当位置传感器的信号S为1时,表示相应的推拉杆伸缩位置不在初始位置;当位置传感器的信号S为0时,表示相应的推拉杆伸缩位置在初始位置。
5.根据权利要求2所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:腿部行走控制过程中,第一步、第二步、第三步和第四步一直依次循环执行,无论在哪步停止,第一腿部总成和/或第二腿部总成都会恢复初始站立状态。
6.根据权利要求1-5任一项所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:所述仿生机器人包括第一腿部总成和第二腿部总成;所述第一腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第一大腿推拉杆(1)、大腿组件中位于内侧的第二大腿推拉杆(2)、小腿组件中位于外侧的第一小腿推拉杆(3)、及小腿组件中位于内侧的第二小腿推拉杆(4);所述第二腿部总成包括大腿组件中位于外侧的第三大腿推拉杆(5)、大腿组件中位于内侧的第四大腿推拉杆(6)、小腿组件中位于外侧的第三小腿推拉杆(7)、及小腿组件中位于内侧的第四小腿推拉杆(8);
腿部行走控制包括以下步骤:
第一步,初始站立状态下,控制第一腿部总成完成抬腿动作,第二腿部总成保持站立动作;第一腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆(1)和第二大腿推拉杆(2)按比例2:3的推出长度伸展,控制第一小腿推拉杆(3)和第二小腿推拉杆(4)同时伸展;
第二步,控制第二腿部总成完成后蹬动作,控制第一腿部总成恢复站立动作;第二腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆(5)、第四大腿推拉杆(6)、第三小腿推拉杆(7)和第四小腿推拉杆(8)分别收缩;第一腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆(1)、第二大腿推拉杆(2)、第一小腿推拉杆(3)和第二小腿推拉杆(4)分别收缩至初始位置;
第三步,控制第二腿部总成完成抬腿动作,第一腿部总成保持站立动作;第二腿部总成抬腿动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆(5)和第四大腿推拉杆(6)按比例2:3的推出长度伸展,控制第三小腿推拉杆(7)和第四小腿推拉杆(8)同时伸展;
第四步,控制第一腿部总成完成后蹬动作,控制第二腿部总成恢复站立动作;第一腿部总成后蹬动作的控制如下:控制第一大腿推拉杆(1)、第二大腿推拉杆(2)、第一小腿推拉杆(3)和第二小腿推拉杆(4)分别收缩;第二腿部总成恢复站立动作的控制如下:控制第三大腿推拉杆(5)、第四大腿推拉杆(6)、第三小腿推拉杆(7)和第四小腿推拉杆(8)分别收缩至初始位置;
如此循环执行上述步骤。
7.根据权利要求6所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:第一步中,第一大腿推拉杆(1)伸展2秒,第二大腿推拉杆(2)伸展3秒,第一小腿推拉杆(3)和/或第二小腿推拉杆(4)伸展2秒,第二腿部总成中的第四小腿推拉杆(8)收缩1秒。
8.根据权利要求6所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:第二步中,第三大腿推拉杆(5)、第四大腿推拉杆(6)、第三小腿推拉杆(7)和/或第四小腿推拉杆(8)收缩1.5秒。
9.根据权利要求6所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:第三步中,第三大腿推拉杆(5)伸展2秒,第四大腿推拉杆(6)伸展3秒,第三小腿推拉杆(7)和/或第四小腿推拉杆(8)伸展2秒,第一腿部总成中的第二小腿推拉杆(4)收缩1秒。
10.根据权利要求6所述仿生机器人的腿部行走控制系统,其特征在于:第四步中,第一大腿推拉杆(1)、第二大腿推拉杆(2)、第一小腿推拉杆(3)和/或第二小腿推拉杆(4)收缩1.5秒。
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GR01 | Patent grant | ||
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