CN112179565A - 一种两足机器人步行平衡检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两足机器人步行平衡检测系统及方法，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。本发明根据机器人行走时的高低变化设置高度检测范围，通过声波测距判断机器人行走时的平衡状态，对两足机器人步行平衡状态的判断更精准。

Description

一种两足机器人步行平衡检测系统及方法
技术领域
本发明涉及声波测距，属于机器人平衡检测领域。
背景技术
机器人是近年来发展起来的综合学科，随着科学技术发展，机器人的含义也在不断地拓宽，一般是指机器人化的技术或系统；现代的机器人已跨出了结构化环境的生产车间，向着人类生活的诸多方面渗透。双足行走机器人属于类人机器人，典型特点是机器 人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。通过机器人的模拟运动，人们便可以得到许多观测真人时所不可能得到的定量数据。所以，借助机器人对人类行走方式进行最大限度地模仿，研究人员将可以获得对人类病理学的更深层次的了解，从而可以得到对开发新型医疗和康复设备极有助益的信息。
现在的两足行走机器人增加了许多关节构造和重心变化预测系统，但对机器人步行时的平衡状态检测过于复杂，难以广泛应用于工业机器人进行大规模应用。
发明内容
发明目的：提供一种两足机器人步行平衡检测系统及方法，以解决上述问题。
技术方案：一种两足机器人步行平衡检测系统，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；
声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；
屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；
脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；
范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。
根据本发明的一个方面，所述声波测距单元，包括两组声波发射器与声波接收器，设置在机器人胯部两侧，对机器人步行时的高度变化进行检测。
根据本发明的一个方面，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；
所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；
所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；
所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；
所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。
根据本发明的一个方面，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模块；
所述前置放大模块，包括声波接收器Z2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C9、电容C10、运算放大器U1:A和运算放大器U1:B；
所述声波接收器Z2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述声波接收器Z2的另一端与所述电阻R13的另一端、所述电容C9的一端和所述电容C10的一端均接地，所述运算放大器U1:A的第2引脚分别与所述电阻R14的一端、所述电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C9的另一端连接，所述运算放大器U1:A的第1引脚分别与所述电阻R11的另一端、所述运算放大器U1:B的第5引脚连接，所述运算放大器U1:B的第6引脚分别与所述电阻R16的一端、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述电容C10的另一端连接，所述运算放大器U1:B的第7引脚与所述电阻R17的另一端连接；
所述比较放大模块，包括二极管D4、电阻R12、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电位器RV1、电容C11和运算放大器U1:C；
所述二极管D2的负极与所述运算放大器U1:C的第7引脚、所述电阻R17的另一端连接，所述二极管D2的正极与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述电容C11的一端和所述运算放大器U1:C的第9引脚连接，所述电阻R19的另一端与所述电阻R12的一端、所述电位器RV1的第1引脚和所述电位器RV1的第3引脚均接电源电压，所述电阻R12的另一端分别与所述声波接收器Z2的一端、所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述运算放大器U1:C的第10引脚分别与所述电位器RV1的第2引脚、所述电阻R20的一端连接，所述运算放大器U1:C的第8引脚与所述电阻R21的一端均接输出信号，所述电容C11的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的另一端均接地。
根据本发明的一个方面，所述屈膝控制单元，根据机器人步行规律设置屈膝角度，当检测到机器人失衡后，增加屈膝角度，减小失衡影响。
根据本发明的一个方面，所述脚掌控制单元，根据机器人步行规律设置脚踝弯曲角度，当检测到机器人失衡后，增加脚踝弯曲角度，减小失衡影响。
根据本发明的一个方面，范围调整单元，设置有两组活动范围，当机器人正常步行时选择正常活动范围，当检测到机器人胯部高度检测低于正常活动范围时，判断机器人开始失衡，控制机器人改变膝盖、脚踝弯曲角度，进入失衡调节范围，当机器人胯部高度检测低于失衡调节范围，判断机器人完全失衡。
一种两足机器人步行平衡检测方法，具体步骤包括：
步骤1、机器人胯部两侧的声波测距单元检测机器人站立时胯部高度和机器人两腿分开60度时胯部高度，将此高度范围设置为正常活动范围，检测机器人跪姿高度，将此高度到机器人两腿分开60度时胯部高度的范围设置为失衡调节范围，将低于跪姿高度设置为完全失衡范围；
步骤2、机器人步行时，声波接收器接收地面反射的声波发射器发射的声波信号，当检测到高度范围处于正常活动范围时，保持状态；
步骤3、当检测到高度范围处于失衡调节范围时，控制机器人失衡一侧进行屈膝活动，另一侧进行脚踝弯曲活动，调整失衡状态。
根据本发明的一个方面，机器人在失衡调节范围时，膝盖关节、脚踝关节的弯曲角度与胯部高度成反比，高度越低，关节弯曲角度越大。
有益效果：本发明通过声波检测机器人步行时的高度变化，简化平衡检测过程；通过高度变化调节机器人膝部、脚踝，进行失衡调节，简化调节过程。
附图说明
图1是本发明的两足机器人步行平衡检测系统的系统框图。
图2是本发明的声波发射电路的原理图。
图3是本发明的声波接收电路的原理图。
具体实施方式
实施例1
机器人平衡检测通过平衡仪进行重心判断，同时通过算法辅助预测重心变化，技术难度大，难以在工业用机器人上进行推广，为了解决此问题，采用声波测距检测机器人胯部高度变化用来判断机器人是否失衡，操作简单易于应用。
在该实施例中，如图1所示，一种两足机器人步行平衡检测系统，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；
声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；
屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；
脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；
范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。
如图2所示，在更进一步的实施例中，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；
所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；
所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；
所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；
所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。
在此实施例中，在此实施例中，输入信号经过所述三极管Q1、所述电感L、所述二极管D5、所述电容C4、所述三极管Q2组成的选频放大模块放大后在上述电阻R4的两端输出脉冲电压，脉冲电压经过所述电阻R5、所述电容C5组成的积分电路后对所述电容C6、所述电容C7进行充电，由于所述电容C8也需要充电，导致所述三极管Q3截止、所述三极管Q4导通。当电容C8充电完成后，所述三极管Q3、所述三极管Q4组成的双稳控制模块开始反转，使得所述三极管Q4截止、所述三极管Q3导通，于是所述三极管Q5也跟着导通，所述声波发射器Z1工作。
如图3所示，在更进一步的实施例中，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模块；
所述前置放大模块，包括声波接收器Z2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C9、电容C10、运算放大器U1:A和运算放大器U1:B；
所述声波接收器Z2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述声波接收器Z2的另一端与所述电阻R13的另一端、所述电容C9的一端和所述电容C10的一端均接地，所述运算放大器U1:A的第2引脚分别与所述电阻R14的一端、所述电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C9的另一端连接，所述运算放大器U1:A的第1引脚分别与所述电阻R11的另一端、所述运算放大器U1:B的第5引脚连接，所述运算放大器U1:B的第6引脚分别与所述电阻R16的一端、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述电容C10的另一端连接，所述运算放大器U1:B的第7引脚与所述电阻R17的另一端连接；
所述比较放大模块，包括二极管D4、电阻R12、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电位器RV1、电容C11和运算放大器U1:C；
所述二极管D4的负极与所述运算放大器U1:C的第7引脚、所述电阻R17的另一端连接，所述二极管D4的正极与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述电容C11的一端和所述运算放大器U1:C的第9引脚连接，所述电阻R19的另一端与所述电阻R12的一端、所述电位器RV1的第1引脚和所述电位器RV1的第3引脚均接电源电压，所述电阻R12的另一端分别与所述声波接收器Z2的一端、所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述运算放大器U1:C的第10引脚分别与所述电位器RV1的第2引脚、所述电阻R20的一端连接，所述运算放大器U1:C的第8引脚与所述电阻R21的一端均接输出信号，所述电容C11的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的另一端均接地。
在此实施例中，所述前置放大模块由运算放大器U1:A和运算放大器U1:B组成两级高增益放大器，预先对声波接收器Z2所接收的声波反射信号进行放大。放大输出信号经所述二极管D4检波后，进入由所述电容C11和所述电阻R18组成的滤波电路，排除掉超声区域内的环境瞬时噪声，只取出反射信号的负电平。
该负电平送至由所述运算放大器U1:C组成的比较器的反相输入端，与所述运算放大器U1:C的正相输入端的基准电平比较后，输出正脉冲。即将不太规则的反射信号，整形成很规整的触发脉冲信号再输出。
实施例2
当机器人步行出现失衡后，现有对机器人的体态调节方法难以普及，对机器人自身构造要求过高，不适用于工业机器人。为了解决这个问题，将两足机器人根据胯部高度划分三个变化范围，根据变化范围对机器人的腿部关节进行必要调整，简单调节失衡状态。
在该实施例中，如图1所示，一种两足机器人步行平衡检测系统，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；
声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；
屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；
脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；
范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。
如图2所示，在更进一步的实施例中，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；
所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；
所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；
所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；
所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。
在此实施例中，在此实施例中，输入信号经过所述三极管Q1、所述电感L、所述二极管D5、所述电容C4、所述三极管Q2组成的选频放大模块放大后在上述电阻R4的两端输出脉冲电压，脉冲电压经过所述电阻R5、所述电容C5组成的积分电路后对所述电容C6、所述电容C7进行充电，由于所述电容C8也需要充电，导致所述三极管Q3截止、所述三极管Q4导通。当电容C8充电完成后，所述三极管Q3、所述三极管Q4组成的双稳控制模块开始反转，使得所述三极管Q4截止、所述三极管Q3导通，于是所述三极管Q5也跟着导通，所述声波发射器Z1工作。
如图3所示，在更进一步的实施例中，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模块；
所述前置放大模块，包括声波接收器Z2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C9、电容C10、运算放大器U1:A和运算放大器U1:B；
所述声波接收器Z2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述声波接收器Z2的另一端与所述电阻R13的另一端、所述电容C9的一端和所述电容C10的一端均接地，所述运算放大器U1:A的第2引脚分别与所述电阻R14的一端、所述电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C9的另一端连接，所述运算放大器U1:A的第1引脚分别与所述电阻R11的另一端、所述运算放大器U1:B的第5引脚连接，所述运算放大器U1:B的第6引脚分别与所述电阻R16的一端、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述电容C10的另一端连接，所述运算放大器U1:B的第7引脚与所述电阻R17的另一端连接；
所述比较放大模块，包括二极管D4、电阻R12、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电位器RV1、电容C11和运算放大器U1:C；
所述二极管D4的负极与所述运算放大器U1:C的第7引脚、所述电阻R17的另一端连接，所述二极管D4的正极与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述电容C11的一端和所述运算放大器U1:C的第9引脚连接，所述电阻R19的另一端与所述电阻R12的一端、所述电位器RV1的第1引脚和所述电位器RV1的第3引脚均接电源电压，所述电阻R12的另一端分别与所述声波接收器Z2的一端、所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述运算放大器U1:C的第10引脚分别与所述电位器RV1的第2引脚、所述电阻R20的一端连接，所述运算放大器U1:C的第8引脚与所述电阻R21的一端均接输出信号，所述电容C11的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的另一端均接地。
在此实施例中，所述前置放大模块由运算放大器U1:A和运算放大器U1:B组成两级高增益放大器，预先对声波接收器Z2所接收的声波反射信号进行放大。放大输出信号经所述二极管D4检波后，进入由所述电容C11和所述电阻R18组成的滤波电路，排除掉超声区域内的环境瞬时噪声，只取出反射信号的负电平。
该负电平送至由所述运算放大器U1:C组成的比较器的反相输入端，与所述运算放大器U1:C的正相输入端的基准电平比较后，输出正脉冲。即将不太规则的反射信号，整形成很规整的触发脉冲信号再输出。
在进一步的实施例中，在机器人步行时胯部两侧高度处于交替变化，正常活动范围设置为机器人正常步行时的高度变化范围，当机器人失衡后，某一侧检测到的高度会率先低于正常活动范围，，判断这一侧的机器人腿部为失衡腿，另一侧的机器人腿部为非失衡腿。
在进一步的实施例中，控制机器人失衡腿的膝部关节与非失衡腿的脚踝环境进行弯曲，调节机器人的失衡状态。当胯部高度检测稳定在失衡调节范围内，判断机器人的失衡状态已经稳定；当胯部高度检测继续降低达到失衡调节范围以下，判断机器人完全失衡。
一种两足机器人步行平衡检测方法，机器人在失衡调节范围时，膝盖关节、脚踝关节的弯曲角度与胯部高度成反比，高度越低，关节弯曲角度越大，具体步骤包括：
步骤1、机器人胯部两侧的声波测距单元检测机器人站立时胯部高度和机器人两腿分开60度时胯部高度，将此高度范围设置为正常活动范围，检测机器人跪姿高度，将此高度到机器人两腿分开60度时胯部高度的范围设置为失衡调节范围，将低于跪姿高度设置为完全失衡范围；
步骤2、机器人步行时，声波接收器接收地面反射的声波发射器发射的声波信号，当检测到高度范围处于正常活动范围时，保持状态；
步骤3、当检测到高度范围处于失衡调节范围时，控制机器人失衡一侧进行屈膝活动，另一侧进行脚踝弯曲活动，调整失衡状态。
总之，本发明具有以下优点：
1、通过声波检测机器人步行时的高度变化，简化平衡检测过程；
2、通过高度变化调节机器人膝部、脚踝，进行失衡调节，简化调节过程。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，用于通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，包括声波测距单元、屈膝控制单元、脚掌控制单元和范围调整单元；
声波测距单元，包括声波发射器、声波接收器，声波发射器设置在机器人胯部向地面发射声波，声波接收器接收反射声波；
屈膝控制单元，控制机器人膝部关节齿轮旋转角度；
脚掌控制单元，控制机器人脚踝关节齿轮旋转角度；
范围调整单元，设置机器人运动范围，根据实际测距结果进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括两组声波发射器与声波接收器，设置在机器人胯部两侧，对机器人步行时的高度变化进行检测。
3.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括声波发射电路，包括选频放大模块、双稳控制模块；
所述选频放大模块，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、电感L1和二极管D1；
所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入信号，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C3的另一端和所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述电容C5的另一端连接；
所述双稳控制模块，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D2、二极管D3和声波发射器Z1；
所述电阻R5的一端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述三极管Q3的集电极连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R2的一端、所述电感L1的一端、所述电容C3的一端、所述二极管D1的负极和所述三极管Q2的集电极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C6的一端连接，所述三极管Q3的发射极与所述电容C8的一端、所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q5的发射极、所述电容C1的另一端、所述电容C2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电阻R3的一端、所述电容C5的一端均接地，所述三极管Q3的基极分别与所述电容C8的另一端、所述二极管D2的正极和所述电阻R8的一端连接，所述电容C6的另一端与所述电容C7的一端、所述电阻R4的另一端和所述电容C5的另一端连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D3的正极、所述三极管Q4的基极连接，所述二极管D3的负极与所述电容C7的另一端连接，所述电阻R9的另一端分别与所述电阻R8的另一端、所述电阻R10的一端和所述三极管Q4的集电极连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q5的基极连接，所述三极管Q5的集电极与所述声波发射器Z1的一端连接，所述声波发射器Z1的另一端分别与所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均接输入信号。
4.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述声波测距单元，包括声波接收电路，包括前置放大模块、比较放大模块；
所述前置放大模块，包括声波接收器Z2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C9、电容C10、运算放大器U1:A和运算放大器U1:B；
所述声波接收器Z2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述声波接收器Z2的另一端与所述电阻R13的另一端、所述电容C9的一端和所述电容C10的一端均接地，所述运算放大器U1:A的第2引脚分别与所述电阻R14的一端、所述电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C9的另一端连接，所述运算放大器U1:A的第1引脚分别与所述电阻R11的另一端、所述运算放大器U1:B的第5引脚连接，所述运算放大器U1:B的第6引脚分别与所述电阻R16的一端、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述电容C10的另一端连接，所述运算放大器U1:B的第7引脚与所述电阻R17的另一端连接；
所述比较放大模块，包括二极管D4、电阻R12、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电位器RV1、电容C11和运算放大器U1:C；
所述二极管D2的负极与所述运算放大器U1:C的第7引脚、所述电阻R17的另一端连接，所述二极管D2的正极与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述电容C11的一端和所述运算放大器U1:C的第9引脚连接，所述电阻R19的另一端与所述电阻R12的一端、所述电位器RV1的第1引脚和所述电位器RV1的第3引脚均接电源电压，所述电阻R12的另一端分别与所述声波接收器Z2的一端、所述电阻R13的一端、所述运算放大器U1:A的第3引脚连接，所述运算放大器U1:C的第10引脚分别与所述电位器RV1的第2引脚、所述电阻R20的一端连接，所述运算放大器U1:C的第8引脚与所述电阻R21的一端均接输出信号，所述电容C11的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的另一端均接地。
5.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述屈膝控制单元，根据机器人步行规律设置屈膝角度，当检测到机器人失衡后，增加屈膝角度，减小失衡影响。
6.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，所述脚掌控制单元，根据机器人步行规律设置脚踝弯曲角度，当检测到机器人失衡后，增加脚踝弯曲角度，减小失衡影响。
7.根据权利要求1所述的一种两足机器人步行平衡检测系统，其特征在于，范围调整单元，设置有两组活动范围，当机器人正常步行时选择正常活动范围，当检测到机器人胯部高度检测低于正常活动范围时，判断机器人开始失衡，控制机器人改变膝盖、脚踝弯曲角度，进入失衡调节范围，当机器人胯部高度检测低于失衡调节范围，判断机器人完全失衡。
8.一种两足机器人步行平衡检测方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1、机器人胯部两侧的声波测距单元检测机器人站立时胯部高度和机器人两腿分开60度时胯部高度，将此高度范围设置为正常活动范围，检测机器人跪姿高度，将此高度到机器人两腿分开60度时胯部高度的范围设置为失衡调节范围，将低于跪姿高度设置为完全失衡范围；
步骤2、机器人步行时，声波接收器接收地面反射的声波发射器发射的声波信号，当检测到高度范围处于正常活动范围时，保持状态；
步骤3、当检测到高度范围处于失衡调节范围时，控制机器人失衡一侧进行屈膝活动，另一侧进行脚踝弯曲活动，调整失衡状态。
9.根据权利要求8所述的一种两足机器人步行平衡检测方法，其特征在于，机器人在失衡调节范围时，膝盖关节、脚踝关节的弯曲角度与胯部高度成反比，高度越低，关节弯曲角度越大。
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