CN111572667B - 机器人的行走控制系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人的行走控制系统和控制方法。机器人的行走控制方法包括：接收机器人的行走指令，所述机器人包括具有对应于两个下肢的多个连杆的连杆装置；响应于接收到行走指令，通过向连杆装置提供扭矩以移动第一下肢来实现机器人的行走；在将要移动的下肢改变时两个下肢的脚端同时接触地面的双脚站立状态下，通过调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，从而在双脚站立下产生驱动力。

Description

机器人的行走控制系统和控制方法
技术领域
本发明总体而言涉及机器人的行走控制系统和控制方法，更具体地说，涉及一种双足行走机器人或下肢可穿戴式机器人的行走控制技术。
背景技术
机器人是一种模仿人类行为来工作的装置。在机器人发展的早期阶段，开发了诸如生产机器人的工业机器人来执行人工任务。近年来，对具有与人类相同形状的双足行走机器人的研究越来越多，并且已经开发出了能够被人类穿戴的可穿戴式机器人。特别地，双足行走机器人比三腿或更多腿的机器人更不稳定，因此其行走控制相对复杂和困难。
然而，双足行走机器人具有能够在诸如楼梯的障碍物上行走的同时对障碍物做出灵活的反应的优点。在双足行走机器人或下肢可穿戴式机器人的行走控制中，前腿和后腿彼此交叉。然而，在传统的行走控制中，由于当两条腿同时与地面接触(双脚站立，doublestance)时没有控制策略，因此驱动力不足。
前述内容仅仅旨在帮助理解本发明的背景，并非旨在意味着本发明落在本领域技术人员已知的相关技术的范围。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于在行走控制期间在两个下肢的端部同时接触地面(双脚站立)的状态下操作多个连杆的技术。
为了实现上述目的，根据本发明的一些方面，一种机器人的行走控制系统可以包括：连杆装置，其具有对应于两个下肢的多个连杆；驱动装置，其配置为向连杆装置提供扭矩以转动多个连杆；以及行走控制器，其配置为通过操作驱动装置以交替地移动两个下肢来实现机器人的行走。在行走期间两个下肢的脚端同时与地面接触的双脚站立状态下，调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，以在双脚站立状态下产生驱动力。
由于所述行走控制器调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，使得多个连杆的每个连杆在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，并且连杆装置可以在行走方向上被推进。所述连杆装置可以包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆；并且所述驱动装置可以配置为提供扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处。
所述连杆装置可以包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆；并且所述控制系统还可以包括躯干装置，连杆装置中对应于左骨盆和对应于右骨盆的连杆联接至所述躯干装置，由此联接到所述躯干装置的两个下肢中的每一个具有三个自由度。所述驱动装置可以配置为提供扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处、在对应于骨盆的连杆与躯干装置之间的躯干关节位置处。在行走控制器中，稳定距离可以设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离的总和与步长之比大于或等于0.1且小于或等于0.4。
为了实现上述目的，根据本发明的一些方面，一种机器人的行走控制方法可以包括：接收机器人的行走指令，所述机器人包括具有对应于两个下肢的多个连杆的连杆装置；响应于接收到所述行走指令，通过向连杆装置提供扭矩以移动第一下肢来实现机器人的行走；在将要移动的下肢改变时两个下肢的脚端同时接触地面的双脚站立状态，通过调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，从而在双脚站立下产生驱动力。
在实现机器人的行走时，可以基于在两个下肢的脚端处测量的负荷来选择操作为将要移动的第一下肢。在双脚站立下产生驱动力时，当向连杆装置提供扭矩时，包括在两个下肢中的每个连杆可以在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，并且连杆装置可以在行走方向上被推进。
在双脚站立下产生驱动力时，稳定距离可以设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离的总和与步长之比大约为大于或等于0.1且小于或等于0.4。在双脚站立下产生驱动力时，可以将两个下肢的脚端移动预定的稳定距离，使得将控制两个下肢的脚端的多个控制点的位置连接为贝塞尔曲线(Bezier curve)。
所述连杆装置可以包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆；并且在双脚站立下产生驱动力时，可以调节扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处。
控制方法还可以包括：在双脚站立下产生驱动力之后，通过向连杆装置提供扭矩以移动第二下肢而交替地移动两个下肢来实现机器人的行走。根据本发明的机器人的行走控制系统和控制方法，由于在两条腿同时与地面接触的状态(双脚站立)下产生驱动力，因此可以提高行走效率和稳定性。另外，由于可以提高稳定性，所以可以使机器人的上半身或穿戴者的上半身的平衡移动最小化。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制系统；
图2示出了根据本发明示例性实施方案的有限状态机的控制逻辑；
图3示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制的流程图；
图4示出了根据本发明示例性实施方案的机器人在地面坐标系中的移动；
图5示出了根据本发明示例性实施方案的机器人在机器人坐标系中的行走控制；
图6示出了根据本发明示例性实施方案的根据双脚站立比的上半身角度的变化；
图7示出了根据本发明示例性实施方案的根据双脚站立控制的上半身角度的变化；以及
图8A至图8B示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制轨迹。
具体实施方式
尽管示例性实施方案描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是可以理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外，可以理解，术语控制器/控制单元指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体地配置为运行所述模块来进行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以实现为非易失性计算机可读介质，所述非易失性计算机可读介质为包括由处理器、控制器/控制单元等等运行的可执行程序指令的计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不局限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动装置、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络联接的计算机系统中，以使计算机可读介质以分布式的形式(例如，通过远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN))存储和运行。
在本文中使用的术语仅仅用于描述具体实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文中所使用的，单数形式的“某一个”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。还将进一步理解，当在本明书中使用术语“包括”和/或“包括了”、“包含”、“具有”等等时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。
除非特别声明或从上下文是明显的，在本文中所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常容许范围之内，例如在平均值的2个标准差范围之内。“大约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％的范围之内。除非上下文另有说明，否则术语“大约”修饰本文中提供的所有数值。
在以下描述中，根据本发明构思特定于示例性实施方案的结构或功能描述旨在描述示例性实施方案，因此应当理解，本发明可以采用各种方式实施，而不限于示例性实施方案。
根据本发明构思的示例性实施方案可以进行各种修改并且可以具有各种形状，因此其示例在附图中示出并且将参照附图进行详细描述。然而，应当理解，根据本发明构思的示例性实施方案不限于以下将参照附图描述的实施方案，而是可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行各种修改、等同、添加和替换。
将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以称为第二元件。类似地，第二元件也可以称为第一元件。
将理解的是，当一个元件被称为“联接”或“连接”到另一个元件时，它可以直接联接或连接到另一个元件，或者可以在它们之间存在中间元件。相反，应该理解的是，当一个元件被称为“直接联接”或“直接连接”到另一个元件时，不存在中间元件。此外，本文用于描述元件之间的关系的术语，例如，“在……之间”、“直接在……之间”、“相邻”或“直接相邻”应当以与上述相同的方式来解释。
除非另外定义，否则本文使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与其在相关领域和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或者过于正式的意义，除非在本文中明确定义。
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方案。在整个附图中，相同的附图标记将表示相同或相似的部件。
图1示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制系统。参照图1，本发明的机器人是包括两个下肢的双足行走机器人，并且可以是单独配置为双足的机器人或下肢可穿戴式机器人。
下肢可穿戴式机器人是通过患者或缺乏下肢力量的人穿戴来辅助下肢力量的机器人，并且可以包括具有对应于穿戴者的两个下肢的多个连杆的连杆装置100。下肢可穿戴式机器人可以与用于通过穿戴者的上半身来支撑穿戴者的拐杖(未示出)一起工作或操作，并且拐杖(未示出)可以包括由穿戴者操作以控制下肢可穿戴式机器人的工作的控制器(未示出)。
根据本发明示例性实施方案的控制器(未示出)或行走控制器300可以通过非易失性存储器(未示出)和处理器(未示出)来实现，所述非易失性存储器配置为存储关于配置为执行车辆内的各种组件的操作的算法或再现算法的软件指令的数据，所述处理器编程为通过利用存储在存储器中的数据来执行下文中描述的操作。在本文中，存储器和处理器可以实现为单独的芯片。或者，存储器和处理器可以实现为彼此集成的单个芯片。处理器可以采用一个或多个处理器的形式。
根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制系统可以包括：连杆装置100，其具有对应于两个下肢的多个连杆；驱动装置400，其配置为向连杆装置100提供扭矩以转动多个连杆；以及行走控制器300，其配置为通过操作驱动装置400以交替地移动两个下肢来实现机器人的行走。在行走期间两个下肢的脚端同时接触地面的双脚站立状态下，可以调节驱动装置400的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离Lds，从而在双脚站立状态下产生驱动力。
连杆装置100可以包括对应于右下肢和左下肢的多个连杆。特别地，如图1所示，连杆装置100可以包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆。换句话说，连杆装置100可以包括：左小腿连杆110、右小腿连杆120、联接到左小腿连杆110的左大腿连杆130、联接到右小腿连杆120的右大腿连杆140、联接到左大腿连杆130的左骨盆连杆150以及联接到右大腿连杆140的右骨盆连杆160。驱动装置400可以配置为通过向连杆装置100提供扭矩来转动多个连杆。特别地，驱动装置可以配置为提供扭矩以使多个连杆在关节处相对于彼此转动，其中，连杆装置100中包括的多个连杆在这些关节处彼此联接。
作为示例性实施方案，驱动装置400可以配置为提供扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆110和120与对应于大腿的连杆130和140之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆130和140与对应于骨盆的连杆150和160之间的髋关节位置处。驱动装置400可以包括马达，其为每个关节提供扭矩以转动在每个关节处相关联的连杆。
换句话说，驱动装置400可以配置为提供扭矩，以使小腿连杆110和120以及大腿连杆130和140在小腿连杆与大腿连杆联接在一起的膝关节处相对于彼此转动，并且使大腿连杆130和140以及骨盆连杆150和160在大腿连杆130和140与骨盆连杆150和160联接在一起的髋关节处相对于彼此转动。特别地，膝关节和髋关节可以使连杆在与穿过穿戴者的方向平行的方向上，从穿戴者(例如，使用者)的左侧向右侧相对于彼此转动。
另外，控制系统还可以包括联接到左小腿连杆110以支撑底部的左支撑连杆(未示出)和连接到右小腿连杆120以支撑底部的右支撑连杆(未示出)。另外，小腿连杆110和120与支撑连杆(未示出)相联接处的踝关节(未示出)可以是被动型的，并且可以不通过单独的电力提供扭矩。
此外，控制系统还可以包括躯干装置200，连接装置100中对应于左骨盆的连杆150和对应于右骨盆的连杆160可以联接到躯干装置200，由此联接到躯干装置200的两个下肢中的每一个具有三个自由度。换句话说，控制系统还可以包括对应于穿戴者躯干的躯干装置200，连杆装置100的两个下肢可以同时地联接到躯干装置200。躯干装置200可以设置在两个下肢之间，并且可以联接在左骨盆连杆150与右骨盆连杆160之间。
驱动装置400可以配置为提供扭矩，以在如下关节处转动每个连杆：对应于小腿的连杆110和120与对应于大腿的连杆130和140之间的膝关节(未示出)处、对应于大腿的连杆130和140与对应于骨盆的连杆150和160之间的髋关节处、对应于骨盆的连杆150和160与躯干装置200之间的躯干关节处。换句话说，驱动装置400可以配置为提供扭矩使得左骨盆连杆150或右骨盆连杆160与躯干装置200在左骨盆连杆150或右骨盆连杆160与躯干装置200之间的躯干关节处相对于彼此转动。特别地，在躯干关节处，连杆可以在与穿戴者的前后方向平行的方向上围绕旋转轴线相对转动。
图2示出了根据本发明示例性实施方案的有限状态机的控制逻辑；图3示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制的流程图。进一步参照图2至图3，根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制系统或机器人的行走控制方法可以包括有限状态机的控制逻辑。
特别地，通过穿戴者的操作，可以从站立姿势执行就坐姿势或从就坐姿势执行站立姿势，或者从站立姿势来控制行走。特别地，行走控制器300可以通过操作驱动装置400以交替地移动两个下肢来实现机器人的行走。当操作控制器以允许穿戴者在站立姿势下行走时，行走控制器300可以在行走方向上摆动两个下肢中的一个。当继续行走时，行走控制器300可以配置为操作驱动装置400以交替地摆动两个下肢。
此外，行走控制器300可以配置为在行走时两个下肢的脚端同时固定在地面上的情况下，调节驱动装置400的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离Lds，从而在双脚站立状态下产生驱动力。在行走时两个下肢的脚端同时固定在地面上的双脚站立状态是左下肢和右下肢的交替移动之间的状态，并且可以指摆动两个下肢中的一个下肢和改变该下肢之间的状态。
换句话说，当两个下肢的脚端在两个下肢的交替摆动之间同时固定在地面上时，行走控制器300可以配置为调节驱动装置400的扭矩，以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离Lds。因此，当两个下肢与地面接触(双脚站立)时，通过应用产生机器人的驱动力的控制，可以提高行走的效率和稳定性。
参照图3，可以通过阻抗控制来调节驱动装置400的扭矩。当产生两个下肢的脚端轨迹时，可以确定两个下肢的端部的控制位置(xL，yL,xR，yR)和控制速度并且可以确定用于稳定行走的膝关节和髋关节处的连杆的角度(θ1，θ2，θ3，θ4)和角速度以防止跌倒。
此外，为了稳定的行走控制，可以确定躯干倾斜角度(θp)，并且可以确定躯干关节的角度(θ5，θ6)和角速度通过组合这些，可以通过阻抗控制在每个关节处产生驱动装置400的扭矩(τ1，τ2，τ3，τ4，τ5，τ6)。另外，可以另外考虑基于摩擦力和重力的补偿来计算驱动装置400的扭矩。
图4示出了根据本发明示例性实施方案的机器人在地面坐标系中的移动。在本文中，地面坐标系是以固定的地平面为中心的坐标系，机器人围绕地面坐标系移动。行走控制器300可以配置为操作两个下肢的脚端以移动预定的稳定距离Lds，并且机器人可以配置为利用固定在地面上的脚端在行走方向上移动。
进一步参照图4，由于行走控制器300可以配置为调节驱动装置400的扭矩以将两个下肢的脚端虚拟地移动预定的稳定距离Lds，每个连杆可以在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，由此连杆装置100可以在行走方向上被推进。行走控制器300可以设置在躯干装置200处并且可以配置为基于躯干装置200来调节两个下肢的转动。换句话说，行走控制器300可以配置为基于躯干装置200来调节驱动装置400的扭矩以将两个下肢的脚端虚拟地移动预定的稳定距离Lds。
因此，尽管行走控制器300可以配置为操作驱动装置400以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离Lds，实际上，由于两个下肢的脚端固定在地面上，着地的双脚端固定在地面上，因此连杆装置100可以转动以移动躯干装置200。
图5示出了根据本发明示例性实施方案的机器人在机器人坐标系中的行走控制。在本文中，机器人坐标系是以机器人的两个下肢为中心的坐标系。进一步参照图5，摆动控制和双脚站立控制可以操作驱动装置400以基于机器人坐标系在与行走方向相反的方向上移动机器人的两个下肢的脚端，并且在地面坐标系中，机器人坐标系可以利用固定在地面上的机器人的两个下肢的脚端在行走方向上移动。
机器人的行走控制两个下肢交替地移动(摆动控制)，并且当两个下肢的脚端在摆动之间同时与地面接触时，机器人的行走控制两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上移动(双脚站立控制)。特别地，在两个下肢的摆动控制中，后腿可以在行走方向上向前摆动以比前腿向前移动更多从而实现行走，其中前腿固定在地面上。当仅执行摆动控制时，前腿可以从P1移动到P3，后腿可以从P3移动到P1，并且步长可以是P1和P3之间的距离。
本发明的示例性实施方案可以包括摆动控制之间的双脚站立控制，并且在双脚站立控制中，驱动装置400可以操作为将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上移动预定的稳定距离Lds。因此，连杆装置100可以基于两个下肢的固定脚端在行走方向上移动。换句话说，在摆动控制之前，可以包括双脚站立控制，其中前腿从P1移动到P2并且后腿从P3移动到P4。特别地，步长Lstep可以是P1和P4之间的距离。
因此，根据下肢的任何一个摆动运动，可以在单脚站立状态下减小上半身的运动，从而可以改善不稳定的单脚站立状态下的稳定性，因此可以提高整体的行走稳定性。根据本发明示例性实施方案的预定的稳定距离Lds可以预设为与机器人的步长Lstep具有预定比。
图6示出了根据本发明示例性实施方案的根据双脚站立比的上半身角度的变化。进一步参照图6，双脚站立比可以计算如下，因此根据机器人的行走的上半身角度的变化可以如图6所示。
其中，Lds是稳定距离，Lstep是步长。在行走控制器300中，稳定距离Lds可以设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离Lds的总和与步长Lstep之比大于或等于0.1且小于或等于0.4。
如图6所示，如果DSR＝0(不包括双脚站立控制)或DSR＝0.1，则机器人很有可能在与行走方向相反的方向倾斜和跌倒(向后跌倒)。此外，如果DSR＝0.4或DSR＝0.5，则机器人很可能在行走方向倾斜和跌倒(向前跌倒)。因此，行走控制器300可以配置为预设双脚站立比(double stance ratio，DSR)大于或等于0.1且小于或等于0.4的稳定距离Lds。更优选地，可以预设稳定距离Lds以使得双脚站立比(DSR)大于或等于0.2且小于或等于0.3。
图7示出了根据本发明示例性实施方案的根据双脚站立控制的上半身角度的变化。进一步参照图7，左侧示出了当行走时在执行行走控制使得不包括双脚站立控制(DSR＝0)的情况下的上半身角度的变化，并且右侧示出了当行走时在包括了双脚站立控制(DSR＝0.4)的情况下的上半身角度的变化。
通过相互对比，机器人可以通过弯曲或拉直上半身的动作而在机器人行走时实现稳定的行走。图中左侧和右侧所示的机器人上半身角度的变化表明，当包括了双脚站立控制时，机器人上半身角度的变化减小。在所有示例性实施方案中，即使比较特定数值，在所有示例性实施方案中，机器人的上半身角度的最大值和最小值之间的差异也减小。换句话说，由于包括双脚站立控制，因此可以改善机器人的行走稳定性并且可以减少机器人的上半身的移动。
进一步参照图2，根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制方法可以包括：接收机器人的行走指令(步骤S100)，该机器人包括具有对应于两个下肢的多个连杆的连杆装置100；响应于接收到行走指令，通过向连杆装置100提供扭矩以移动第一下肢来实现机器人的行走(步骤S200)；并且在双脚站立状态下(两个下肢的脚端同时与地面接触，同时将要移动的下肢改变)，通过调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，从而产生在双脚站立下的驱动力(步骤S300)。
在接收机器人的行走指令时(步骤S100)，可以通过设置在单独的拐杖中的控制器从穿戴者接收行走指令。特别地，在就座姿势，可以通过经由控制器输入的指令将该姿势转换为站立姿势，并且可以在站立姿势下通过经由控制器输入的指令来另外操作机器人以行走。在实现机器人的行走时(步骤S200)，可以向连杆装置100提供扭矩以使两个下肢中的一个在行走方向移动。特别地，两个下肢中的一个可以操作为利用固定在地面上的另一个下肢而在行走方向上摆动。
特别地，在实现机器人的行走时(步骤S200)，可以基于在两个下肢的脚端测量的负荷来选择将要移动的第一下肢。另外，脚部力传感器用于测量机器人的两个下肢的每个脚端处的负荷，并且可以在每个脚端设置多个脚部力传感器，并且可以计算脚部力传感器的总和以作为每个下肢的负荷。通过比较左下肢的负荷和右下肢的负荷，具有较低负荷的下肢可以被选择并向行走方向移动。相反，可以将具有较高负荷的下肢固定在地面上。
在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，当第一下肢通过摆动控制而移动并且完成着地时，可以在两个下肢的脚端同时接触地面并且正在移动的下肢改变时执行双脚站立控制。在双脚站立控制下，可以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离Lds。
特别地，在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，当向连杆装置100提供扭矩时，包括在两个下肢中的每个连杆可以在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，并且连杆装置可以在行走方向上被推进。换句话说，尽管两个下肢的脚端围绕位于躯干装置200中的行走控制器300移动，但事实上，由于两个下肢的脚端固定在地面上，因此包括在两个下肢中的每个连杆可以转动以在行走方向上推进躯干装置200。在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，稳定距离Lds可以设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离Lds的总和与步长Lstep之比大于或等于0.1且小于或等于0.4。
图8A和图8B示出了根据本发明示例性实施方案的机器人的行走控制轨迹。参照图8A和图8B，在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，两个下肢的脚端移动预定的稳定距离Lds的轨迹可以确定为使得将控制两个下肢的脚端的多个控制点的位置连接为贝塞尔曲线(Bezier curve)。
特别地，如图所示，其示出了通过将躯干装置200定位为固定点来控制两个下肢的脚端的轨迹，其中示出了连接在轨迹的起点和终点之间均匀间隔的十二个点的贝塞尔曲线。这使得可以进行两个下肢的脚端被自然地连接的联动。
连杆装置100可以包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆；并且，在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，可以调节扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处。在双脚站立下产生驱动力(步骤S300)之后，控制方法还可以包括通过向连杆装置100提供扭矩以移动第二下肢来交替地移动两个下肢，从而实现机器人的行走(步骤S400)。
在通过交替地移动两个下肢来实现机器人的行走时(步骤S400)，可以通过对作为先前摆动的第一下肢的相对肢的第二下肢进行摆动控制来实现行走。特别地，在通过交替地移动两个下肢来实现机器人的行走时(步骤S400)，可以将两个下肢交替地移动与步长Lstep相对应的距离，并且在双脚站立下产生驱动力时(步骤S300)，可以使第一下肢移动小于步长Lstep的距离。
尽管出于说明性目的描述了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (13)

1.一种机器人的行走控制系统，其包括：
连杆装置，其具有对应于两个下肢的多个连杆；
驱动装置，其配置为向连杆装置提供扭矩以转动多个连杆；以及
行走控制器，其配置为通过操作驱动装置以交替地移动两个下肢来实现机器人的行走，
其中，在行走期间两个下肢的脚端同时与地面接触的双脚站立状态下，行走控制器配置为调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，以在双脚站立状态下产生驱动力。
2.根据权利要求1所述的机器人的行走控制系统，其中，由于所述行走控制器配置为调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，使得多个连杆的每个连杆在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，并且连杆装置在行走方向上被推进。
3.根据权利要求1所述的机器人的行走控制系统，其中，所述连杆装置包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆，并且所述驱动装置配置为提供扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处。
4.根据权利要求1所述的机器人的行走控制系统，其中，所述连杆装置包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆，并且所述控制系统还包括躯干装置，连杆装置中对应于左骨盆和对应于右骨盆的连杆联接至所述躯干装置，并且联接到所述躯干装置的两个下肢中的每一个下肢具有三个自由度。
5.根据权利要求4所述的机器人的行走控制系统，其中，所述驱动装置配置为提供扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处、在对应于骨盆的连杆与躯干装置之间的躯干关节位置处。
6.根据权利要求1所述的机器人的行走控制系统，其中，在行走控制器中，稳定距离设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离的总和与步长之比大于或等于0.1且小于或等于0.4。
7.一种机器人的行走控制方法，其包括：
利用行走控制器接收机器人的行走指令，所述机器人包括具有对应于两个下肢的多个连杆的连杆装置；
响应于接收到所述行走指令，利用行走控制器通过向连杆装置提供扭矩以移动第一下肢来实现机器人的行走；
在将要移动的下肢改变时两个下肢的脚端同时接触地面的双脚站立状态，利用行走控制器通过调节驱动装置的扭矩以将两个下肢的脚端在与行走方向相反的方向上虚拟地移动预定的稳定距离，从而在双脚站立下产生驱动力。
8.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其中，在实现机器人的行走时，基于在两个下肢的脚端处测量的负荷来选择将要移动的第一下肢。
9.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其中，在双脚站立下产生驱动力时，当向连杆装置提供扭矩时，包括在两个下肢中的每个连杆在两个下肢的脚端同时固定在地面上的状态下转动，并且连杆装置在行走方向上被推进。
10.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其中，在双脚站立下产生驱动力时，稳定距离设定为使得在两个下肢的脚端处的稳定距离的总和与步长之比大于或等于0.1且小于或等于0.4。
11.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其中，在双脚站立下产生驱动力时，将两个下肢的脚端移动预定的稳定距离，以将控制两个下肢的脚端的多个控制点的位置连接为贝塞尔曲线。
12.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其中，所述连杆装置包括分别对应于两条小腿、两条大腿和两个骨盆的多个连杆，并且在双脚站立下产生驱动力时，调节扭矩以在如下位置处转动每个连杆：在对应于小腿的连杆与对应于大腿的连杆之间的膝关节位置处、在对应于大腿的连杆与对应于骨盆的连杆之间的髋关节位置处。
13.根据权利要求7所述的机器人的行走控制方法，其进一步包括：
在双脚站立下产生驱动力之后，利用行走控制器通过向连杆装置提供扭矩以移动第二下肢来交替地移动两个下肢，从而实现机器人的行走。
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