CN116048109A - 机器人控制方法、装置、机器人及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种机器人控制方法、装置、机器人及存储介质，属于机器人技术领域。该方法包括：基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。这样，可以快速确定轮腿机器人的轮子扭矩，降低计算量，减少计算时间，提高实时性。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人控制方法、装置、机器人及存储介质。
背景技术
目前，两轮足机器人融合了轮式机器人高能量效率、高速度和足式机器人高地形适应性的优点，使其具有更广阔的引用场景。但两轮足机器人在运行时容易受到未知地形或人为因素的干扰，导致机身失稳摔倒。因此需要一套有效且高鲁棒性的运动控制方法使机器人在受到外部扰动时可以快速响应，并且能使机身姿态保持稳定。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种机器人控制方法、装置、机器人及存储介质。
第一方面，本申请实施例提供了一种机器人控制方法，所述方法包括：
基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；
根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；
将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；
根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；
通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
在一实施方式中，所述根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人，包括：
将所述轮子扭矩作为控制指令，并将所述控制指令输入所述轮腿机器人的轮子电机；
根据所述控制指令控制所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩。
在一实施方式中，所述方法还包括：
在所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩后，获取所述轮腿机器人的多个实际状态量。
在一实施方式中，所述方法还包括：
对所述轮腿机器人的腿部平面五杆机构进行正运动学分析，得到所述轮腿机器人的足端点方程组；
根据所述足端点方程组获取足端点向量表达式；
根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵；
根据虚功原理确定所述速度雅可比矩阵、髋关节驱动力矩向量和足端点所受到的二维接触力之间的映射关系；
在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架；
基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，根据所述髋关节驱动力矩控制所述轮腿机器人。
在一实施方式中，所述基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，包括：
基于所述反馈控制框架计算所述二维接触力；
基于计算的所述二维接触力及所述映射关系计算所述髋关节驱动力矩。
在一实施方式中，所述在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架，包括：
在所述轮腿机器人的足端的第一方向、第二方向及所述轮腿机器人的横滚方向增加虚拟弹簧阻尼器，以构建三通道的反馈控制框架。
在一实施方式中，所述根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵，包括：
对所述足端点向量表达式进行全微分处理，得到全微分表达式；
根据所述全微分表达式确定所述速度雅可比矩阵。
第二方面，本申请实施例提供了一种机器人控制装置，所述装置包括：
第一构建模块，用于基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；
第二构建模块，用于根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；
处理模块，用于将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；
获取模块，用于根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；
控制模块，用于通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
第三方面，本申请实施例提供了一种机器人，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序在所述处理器运行时执行第一方面提供的机器人控制方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行第一方面提供的机器人控制方法。
上述本申请提供的机器人控制方法、装置、机器人及存储介质，基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。这样，可以快速确定轮腿机器人的轮子扭矩，降低计算量，减少计算时间，提高实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例提供的机器人控制方法的一流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的轮腿机器人的一结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的两轮倒立摆模型的一结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的轮腿机器人的另一结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的轮腿机器人的一控制示意图；
图6示出了本申请实施例提供的机器人控制方法的另一流程示意图；
图7示出了本申请实施例提供的机器人控制装置的一结构示意图。
图标：700-机器人控制装置，701-第一构建模块，702-第二构建模块，703-处理模块，704-获取模块，705-控制模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本申请实施例提供了一种机器人控制方法。
参见图1，机器人控制方法包括步骤S101-步骤S105，下面对各步骤进行说明。
步骤S101，基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型。
在本实施例中，轮腿机器人可以为两轮足机器人，两轮足机器人具有并联腿机构，该并联腿机构存在较多的腿部杆件，建立全动力学模型会导致计算量过大，从而难以保证控制的实时性。为简化计算量，提高控制实时性，将复杂的轮腿机器人简化为一个两轮倒立摆模型，并忽略腿部杆件的质量。
请参见图2，图2所示的轮腿机器人的一侧腿部杆件的一连接示意图，轮子203通过连杆204与转轴203连接，转轴203在通过连杆与机身201上的转轴连接，需要说明的是，轮腿机器人的左右两侧具有相同的腿部杆件连接关系，在图2中仅仅示出轮腿机器人的一侧腿部杆件连接关系。此外，在图2中，fR代表轮子受到的来自地面的摩擦力，R代表右轮，HR代表机身以及腿部连杆对右轮轴作用力的水平分量，H即horizontal。
请参见图3，图3所示为两轮倒立摆模型的一结构示意图，两轮倒立摆模型中包括轮子203及机身201，将图2中的连杆及转轴等部件进行简化得到图3所示的两轮倒立摆模型的结构示意图。在图3中，VR代表机身以及腿部连杆对右轮轴作用力的竖直分量，V即vertical。fR代表轮子受到的来自地面的摩擦力。HR代表机身以及腿部连杆对右轮轴作用力的水平分量。CR代表右轮扭矩等。
步骤S102，根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程。
在本实施例中，将轮腿机器人简化为一个两轮倒立摆模型，并忽略腿部连杆的质量，构建如图3所示的两轮倒立摆模型，利用简化后端两轮倒立摆模型构建控制初始状态空间方程，可以大幅降低动力学求解时间。
示范性的，可以建立以下初始状态空间方程：
其中，M为轮腿机器人的机身质量，m为轮腿机器人的单个轮子的质量，R为轮子半径，D为轮腿机器人的左右两轮间距，L为轮腿机器人的机身质心到轮轴之间的距离，θ为机身在前进方向上与世界坐标系Z轴的夹角(俯仰角)，δ为机身绕世界坐标系Y轴的夹角(偏航角)，Iw为轮子绕转轴的转动惯量，Iδ为整机绕偏航方向的转动惯量，Iθ为机身绕俯仰轴的转动惯量，x为机身的前向位移，Cl和C_r为左右轮的输出力矩，
表示机身绕世界坐标系Y轴的夹角的二阶导，
表示机身的前向位移的二阶导。
步骤S103，将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程。
在本实施例中，根据公式(1)得到平衡点附近的状态空间方程：
其中，其中A和B都为常系数矩阵，通过式(1)推导得到，
表示机身绕世界坐标系Y轴的夹角的一阶段，
机身的前向位移的一阶导，
表示机身绕世界坐标系Y轴的夹角的一阶导。
需要说明的是，通过式(1)推导得到A和B的过程即将公式(1)进行线性化过程，将方程组改写成矩阵的形式，即可得到A和B。
步骤S104，根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数。
在本实施例中，线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator，LQR)，其对象是现代控制理论中以状态空间形式给出的线性系统，而目标函数为对象状态和控制输入的二次型函数。本方案基于公式(2)描述的线性定常系统的状态空间方程，设计以下二次型性能目标函数：
其中，x为n维状态向量，u为r维输入向量，加权阵Q和R是用来平衡状态向量和输入向量的权重，Q为半正定矩阵，R为正定矩阵。
示范性的，n可以为4，r可以为2，n维状态向量即公式(2)中的X，n为4时，4维状态向量包括机器人前向位置的一阶导(前向速度)、机身偏航角度的一阶导(转向角速度)、机身俯仰角度(前倾角度)、机身俯仰角度的一阶导(前倾角速度)。r为2时，2维输入向量即公式(2)中的u，即控制器输入给左右两个轮子的扭矩，Cl和Cr。
步骤S105，通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
这样，可以快速确定轮腿机器人的轮子扭矩，降低计算量，减少计算时间，提高实时性。
在本实施例中，步骤S105可以包括：
将所述轮子扭矩作为控制指令，并将所述控制指令输入所述轮腿机器人的轮子电机；
根据所述控制指令控制所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩。
示范性的，通过实时优化公式(3)中的目标函数J，使其取极小值，从而解得相对应的u，再把u作为控制指令输入给轮子的电机，实现对轮腿机器人的快速控制。
在本实施例中，机器人控制方法还包括：
在所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩后，获取所述轮腿机器人的多个实际状态量。
在本实施例中，多个实际状态量为轮腿机器人在经过控制(状态转移)后所呈现的实际状态，例如，多个实际状态量为轮腿机器人的实际俯仰角实际偏航角、机身的实际前向位移、足端位置的测量值、轮腿机器人的腿部的高度测量值、轮腿机器人的机身质心的速度测量值、轮腿机器人的横滚角测量值、横滚角速度测量值等。
参见图5，机器人控制方法还包括步骤S106-步骤S1012，下面对各步骤进行说明。
S106，对所述轮腿机器人的腿部平面五杆机构进行正运动学分析，得到所述轮腿机器人的足端点方程组。
在本实施例中，基于惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)的姿态反馈来控制轮腿机器人两条腿的长度，从而达到稳定侧向横滚姿态的目的。要控制机器人腿长LF，如图4所示，轮腿机器人的腿部平面五杆机构包括第一运动支链ABCD和第二运动支链AB’C’D，此两个运动支链在足端D点闭合。反馈控制(feedback control，PD)，即PD控制，P为状态误差(反馈项)的比例系数(Proportional)，D为误差的阻尼系数(Derivative)。
示范性的，需要对轮腿机器人的腿部平面五杆机构进行正运动学解算，求得足端点坐标为以下公式4表示。
其中，L0表示BB’之间的距离，
表示∠ABC的角度，
表示∠XB’C’的角度。BC、CD的长度分别为L1及L2，B’C’、C’D的长度分别为L1及L2，足端D点用(xd,yd)表示。
图4可知，运动支链ABCD和运动支链AB’C’D在足端D点闭合，基于此几何关系建立方程组：
公式5：
其中，
表示∠ECD的角度，
表示∠FC’D的角度，(xd，yd)表示D点坐标。
S107，根据所述足端点方程组获取足端点向量表达式。
在本实施例中，VMC(Virtual Model Control)是一种直觉控制方式，其关键是在每个需要控制的自由度上构造恰当的虚拟构件以产生合适的虚拟力。虚拟力不是实际执行机构的作用力或力矩，而是通过执行机构的作用经过机构转换而成。为了将工作空间(TaskSpace)的力或力矩映射成关节空间(Joint Space)的关节力矩，需要这两个空间的位置映射关系，该位置映射关系即正运动学模型，将式(5)表示成向量形式为以下公式：
公式(6)：x＝f(q)
其中，x＝[xF yF]T，q＝[φ1 φ2]T，(xF，yF)表示足端坐标。
需要补充说明的是，公式5是在几何分析的范畴内构建的，公式6是在动力学建模的范畴内构建的，所以即使两者表示同一个足端，也采用不同的形式进行表达。
S108，根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵。
在本实施例中，S108包括：
对所述足端点向量表达式进行全微分处理，得到全微分表达式；
根据所述全微分表达式确定所述速度雅可比矩阵。
示范性的，对公式(5)求x的全微分得：
由公式(7)可知轮腿机器人的腿部并联机构的速度雅可比矩阵J：
S109，根据虚功原理确定所述速度雅可比矩阵、髋关节驱动力矩向量和足端点所受到的二维接触力之间的映射关系。
示范性的，根据虚功原理可以得到髋关节驱动力矩向量T＝[T1 T2]T和足端D点所受到的二维接触力F＝[FX FY]T之间的映射关系：
公式(9)：T＝JTF
S1010，在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架。
在本实施例中，S1010包括：
在所述轮腿机器人的足端的第一方向、第二方向及所述轮腿机器人的横滚方向增加虚拟弹簧阻尼器，以构建三通道的反馈控制框架。
示范性的，在机器人的两条腿的足端的X方向、Y方向和机身横滚方向增加虚拟弹簧阻尼器，即构建三通道的反馈控制框架。需要说明的是，横滚方向也可以表示为左右横滚方向。
足端X方向的反馈控制用如下公式表示：
其中，FXR中的F代表足的二维接触力，FXR中的下标X代表二维接触力在X方向的分量，FXR中的下标R代表轮腿机器人的右腿的足端，FXR代表轮腿机器人的右腿的足端所受到的二维接触力在X方向的分量；FXL中的F代表足端的二维接触力，FXL中的下标X代表二维接触力在Y方向的分量，FXL中的下标L代表轮腿机器人的左腿的足端，FXL代表轮腿机器人的左腿的足端所受到的二维接触力在X方向的分量。
xR_des中的x代表足端在机身坐标系x轴方向上的位置，xR_des中的下标R代表轮腿机器人的右腿的足端，xR_des中的下标des代表期望位置，xR_des代表轮腿机器人的右腿的足端的期望位置。xL_des中的x代表足端在机身坐标系x轴方向上的位置，xL_des中的下标L代表轮腿机器人的左腿的足端，xL_des中的下标des代表期望位置，xL_des代表轮腿机器人的左腿的足端的期望位置。
足端Y方向的反馈控制用如下公式表示：
其中，FYR表示轮腿机器人的右腿的足端所受到的二维接触力在Y方向的分量；FYL表示轮腿机器人的左腿的足端所受到的二维接触力在Y方向的分量；hdes表示轮腿机器人的机身质心的期望高度，
表示轮腿机器人的机身质心的测量值，
表示轮腿机器人的左腿的高度测量值，
表示轮腿机器人的右腿的高度测量值；
表示轮腿机器人的机身质心在机身坐标系y轴方向上的速度测量值；
表示轮腿机器人的左腿在机身坐标系y轴方向上的速度测量值；
表示轮腿机器人的右腿在机身坐标系y轴方向上的速度测量值。Ky表示在机身坐标系y轴方向上的比例系数。Dy表示在机身坐标系y轴方向上的阻尼系数。
机身横滚方向：
其中，FYR表示轮腿机器人的右腿的足端所受到的二维接触力在Y方向的分量；FYL表示轮腿机器人的左腿的足端所受到的二维接触力在Y方向的分量；
表示期望横滚角，
表示轮腿机器人的横滚角测量值，由IMU测得，ωdes表示期望横滚角速度，
表示横滚角速度测量值，由IMU测得。Kroll表示在横滚方向上的比例系数；Droll表示在横滚方向上的阻尼系数。
在本实施例中，基于公式(9)-公式(12)计算得到髋关节驱动力矩。
S1011，基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，根据所述髋关节驱动力矩控制所述轮腿机器人。
在本实施例中，S1011包括：
基于所述反馈控制框架计算所述二维接触力；
基于计算的所述二维接触力及所述映射关系计算所述髋关节驱动力矩。
通过公式(10)-(12)计算出式(9)中的足端D点所受到的二维接触力F，将足端D点所受到的二维接触力F及速度雅可比矩阵J代入公式9，得出轮腿机器人的髋关节驱动力矩。
这样，可以快速获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，减少计算量，减少计算时间，提高实时性。
请参见图6，本实施例中，轮腿机器人的控制流程包括：根据髋关节驱动力矩Thip及轮子输入力矩Twheel确定控制输入u。轮腿机器人的样机将机身绕世界坐标系Y轴的夹角(偏航角)δ、机身绕世界坐标系Z轴的夹角(俯仰角)φ、机身绕世界坐标系X轴的夹角(横滚角)
各电机的角度q输入状态估计器(Estimator)，一般来说所有的机器人系统都需要状态估计器，通过状态估计器提高传感器测量数据的准确性。通过底盘运动学求解及LQR实现俯仰平衡及速度跟踪，即根据本实施例提供的步骤S101-S105求解轮子力矩，实现对轮腿机器人的轮子力矩的控制。补充说明的是，计算Twheel公式为
其中，Twheel表示左右两轮的力矩向量，K(Lc)表示通过LQR控制器求解的增益矩阵，它是机身质心高度Lc的函数，xd表示期望的系统状态向量，
表示当前系统状态向量的测量值。
通过关节运动许求解、足力-关节力矩映射、横滚平衡控制器VCM及计算期望足力(反馈+重力前馈)，即通过步骤S106-S1012计算得到髋关节驱动力矩，根据髋关节驱动力矩实现对机器人的足力的控制。其中，足力-关节力矩映射的公式为T＝JTF，T表示髋关节驱动力矩向量，T＝[T1 T2]T，F表示足端D点所受到的二维接触力，F＝[FX FY]T。
本实施例提供的机器人控制方法，基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。这样，可以快速确定轮腿机器人的轮子扭矩，降低计算量，减少计算时间，提高实时性。
实施例2
此外，本申请实施例提供了一种机器人控制装置。
如图7所示，机器人控制装置700包括：
第一构建模块701，用于基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；
第二构建模块702，用于根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；
处理模块703，用于将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；
获取模块704，用于根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；
控制模块705，用于通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
在一实施方式中，控制模块705，还用于将所述轮子扭矩作为控制指令，并将所述控制指令输入所述轮腿机器人的轮子电机；
根据所述控制指令控制所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩。
在一实施方式中，控制模块705，还用于在所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩后，获取所述轮腿机器人的多个实际状态量。
在一实施方式中，控制模块705，还用于对所述轮腿机器人的腿部平面五杆机构进行正运动学分析，得到所述轮腿机器人的足端点方程组；
根据所述足端点方程组获取足端点向量表达式；
根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵；
根据虚功原理确定所述速度雅可比矩阵、髋关节驱动力矩向量和足端点所受到的二维接触力之间的映射关系；
在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架；
基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，根据所述髋关节驱动力矩控制所述轮腿机器人。
在一实施方式中，控制模块705，还用于基于所述反馈控制框架计算所述二维接触力；
基于计算的所述二维接触力及所述映射关系计算所述髋关节驱动力矩。
在一实施方式中，控制模块705，还用于在所述轮腿机器人的足端的第一方向、第二方向及所述轮腿机器人的横滚方向增加虚拟弹簧阻尼器，以构建三通道的反馈控制框架。
在一实施方式中，控制模块705，还用于对所述足端点向量表达式进行全微分处理，得到全微分表达式；
根据所述全微分表达式确定所述速度雅可比矩阵。
本实施例提供的机器人控制装置700可以实现实施例1所提供的机器人控制方法，为避免重复，在此不再赘述。
本实施例提供的机器人控制装置，基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。这样，可以快速确定轮腿机器人的轮子扭矩，降低计算量，减少计算时间，提高实时性。
实施例3
此外，本申请实施例提供了一种机器人，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行实施例1所提供的机器人控制方法。
本实施例提供的机器人可以实现实施例1所提供的机器人控制方法，为避免重复，在此不再赘述。
实施例4
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所提供的机器人控制方法。
在本实施例中，计算机可读存储介质可以为只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本实施例提供的计算机可读存储介质可以实现实施例1所提供的机器人控制方法，为避免重复，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种机器人控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；
根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；
将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；
根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；
通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人，包括：
将所述轮子扭矩作为控制指令，并将所述控制指令输入所述轮腿机器人的轮子电机；
根据所述控制指令控制所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述轮子电机输出与所述轮子扭矩大小相等的扭矩后，获取所述轮腿机器人的多个实际状态量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述轮腿机器人的腿部平面五杆机构进行正运动学分析，得到所述轮腿机器人的足端点方程组；
根据所述足端点方程组获取足端点向量表达式；
根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵；
根据虚功原理确定所述速度雅可比矩阵、髋关节驱动力矩向量和足端点所受到的二维接触力之间的映射关系；
在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架；
基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，根据所述髋关节驱动力矩控制所述轮腿机器人。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述反馈控制框架及所述映射关系获取所述轮腿机器人的髋关节驱动力矩，包括：
基于所述反馈控制框架计算所述二维接触力；
基于计算的所述二维接触力及所述映射关系计算所述髋关节驱动力矩。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述轮腿机器人增加虚拟弹簧阻尼器，构建反馈控制框架，包括：
在所述轮腿机器人的足端的第一方向、第二方向及所述轮腿机器人的横滚方向增加虚拟弹簧阻尼器，以构建三通道的反馈控制框架。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述足端点向量表达式获取所述轮腿机器人的腿部并联结构的速度雅可比矩阵，包括：
对所述足端点向量表达式进行全微分处理，得到全微分表达式；
根据所述全微分表达式确定所述速度雅可比矩阵。
8.一种机器人控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一构建模块，用于基于轮腿机器人构建两轮倒立摆模型；
第二构建模块，用于根据所述两轮倒立摆模型构建初始状态空间方程；
处理模块，用于将所述初始状态空间方程进行线性化处理，得到线性定常系统的状态空间方程；
获取模块，用于根据所述线性定常系统的状态空间方程获取二次型性能目标函数；
控制模块，用于通过线性二次型调节器对所述二次型性能目标函数进行计算，得到所述轮腿机器人的轮子扭矩，根据所述轮子扭矩控制所述轮腿机器人。
9.一种机器人，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器运行时执行权利要求1至7中任一项所述的机器人控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的机器人控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310144689.4A CN116048109A (zh) | 2023-01-28 | 2023-01-28 | 机器人控制方法、装置、机器人及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310144689.4A CN116048109A (zh) | 2023-01-28 | 2023-01-28 | 机器人控制方法、装置、机器人及存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116048109A true CN116048109A (zh) | 2023-05-02 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310144689.4A Pending CN116048109A (zh) | 2023-01-28 | 2023-01-28 | 机器人控制方法、装置、机器人及存储介质 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-01-28 CN CN202310144689.4A patent/CN116048109A/zh active Pending
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