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1. (WO2018082330) WALKING CONTROL METHOD AND DEVICE FOR BIPED ROBOT, AND ROBOT
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双足机器人的行走控制方法、 装置和机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人领域,具体而言,涉及一种双足机器人的行走控制方法、装 置和机器人。

背景技术

[0002] 随着经济的发展,人们的生活变得越来越智能化,各种各样的机器人被应用到 生活中,虽然机器人被广泛地应用到了生活中,但是其仍然存在诸多的问题, 如行走较慢的问题。

[0003] 例如,论文"仿人机器人双足行走平衡控制算法研究"所披露的机器人行走方案 ,该方案主要针对腿部具有 6个自由度的拟人行走方式,该方案控制复杂,目前 技术尚未成熟,运动过程中抗干扰能力较差,且其自由度较多导致了使用成本 极高,且行走速度较慢;再如,对于腿部具有 2个自由度的机器人,通过在行走 过程中交替调整重心到两只脚上,实现静态平衡,可以以较慢的速度行走,虽 然该方案控制较为简单,成本相对较低,但行走速度受到静态平衡的约束,步 频不能太高,每秒的步频小于 1步。

技术问题

[0004] 针对相关技术中双足机器人行走较慢的技术问题,目前尚未提出有效的解决方 案。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明实施例提供了一种双足机器人的行走控制方法、装置和机器人,以至少 解决相关技术中双足机器人行走较慢的技术问题。

[0006] 根据本发明实施例的一个方面,提供了一种双足机器人的行走方法,该方法包 括:获取双足机器人的自振频率;基于预设关系确定与双足机器人的自振频率 对应的步频,其中,步频为双足机器人行走的频率;控制双足机器人按照步频 行走。

[0007] 进一步地,获取双足机器人的自振频率包括:获取双足机器人的当前重心高度 ,根据双足机器人的当前重心高度与自振频率间的对应关系,确定与当前重心 高度对应的自振频率。

[0008] 进一步地,在获取双足机器人的自振频率之前,该方法还包括:获取预设重心 高度范围内的多个重心高度对应的多个自振频率,其中,多个重心高度中任一 重心高度对应的自振频率为双足机器人在该重心高度吋平稳行走所需的最大行 走频率所对应的频率;对多个重心高度和多个自振频率进行拟合处理,得到对 应关系。

[0009] 进一步地,获取预设重心高度范围内的多个重心高度对应的多个自振频率包括 :调整双足机器人的重心高度至目标重心高度;在双足机器人以预设步频范围 内的步频行走吋,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值,其中,预设步频范 围包括多个顺序排列的步频;在当前步频对应的摇摆幅值大于当前步频的前一 步频对应的摇摆幅值,且大于当前步频的后一步频对应的摇摆幅值情况下,将 当前摇摆频率作为目标重心高度对应的自振频率。

[0010] 进一步地,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值包括:在双足机器人以当前 步频行走吋,采集双足机器人在左右摇摆吋的重心坐标;通过采集到的重心坐 标计算双足机器人左右摇摆的摇摆频率和摇摆幅值。

[0011] 进一步地,在确定与当前重心高度对应的自振频率之后,该方法还包括:判断 与双足机器人的当前自振频率对应的步频是否小于预设值;在判断出与双足机 器人的当前自振频率对应的步频小于预设值的情况下,调节双足机器人的重心 高度,以使经过调节后的双足机器人的自振频率对应的步频不小于预设值。

[0012] 进一步地,预设关系为线性关系。

[0013] 根据本发明实施例的另一个方面,提供了一种双足机器人行走的控制装置,该 装置包括:第一获取单元,用于获取双足机器人的自振频率;步频确定单元, 用于基于预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频,其中,步频为双 足机器人行走的频率;控制单元,用于控制双足机器人按照步频行走。

[0014] 进一步地,第一获取单元包括:第一确定模块,用于获取双足机器人的当前重 心高度,根据双足机器人的当前重心高度与自振频率间的对应关系,确定与当 前重心高度对应的自振频率。

[0015] 进一步地,该装置还包括:第二获取单元,用于在获取双足机器人的自振频率 之前,获取预设重心高度范围内的多个重心高度对应的多个自振频率,其中, 多个重心高度中任一重心高度对应的自振频率为双足机器人在该重心高度吋平 稳行走所需的最大行走频率所对应的频率;关系确定单元,用于对多个重心高 度和多个自振频率进行拟合处理,得到对应关系。

[0016] 进一步地,第二获取单元包括:调整模块,用于调整双足机器人的重心高度至 目标重心高度;获取模块,用于在双足机器人以预设步频范围内的步频行走吋 ,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值,其中,预设步频范围包括多个顺序 排列的步频;第二确定模块,用于在当前步频对应的摇摆幅值大于当前步频的 前一步频对应的摇摆幅值,且大于当前步频的后一步频对应的摇摆幅值情况下 ,将当前摇摆频率作为目标重心高度对应的自振频率。

[0017] 进一步地,获取模块包括:采集子模块,用于在双足机器人以当前步频行走吋 ,采集双足机器人在左右摇摆吋的重心坐标;计算子模块,用于通过采集到的 重心坐标计算双足机器人左右摇摆的摇摆频率和摇摆幅值。

[0018] 进一步地,第一获取单元还包括:判断模块,用于判断与双足机器人的当前自 振频率对应的步频是否小于预设值;调节模块,用于在判断出与双足机器人的 当前自振频率对应的步频小于预设值的情况下,调节双足机器人的重心高度, 以使经过调节后,双足机器人的自振频率对应的步频不小于预设值。

[0019] 根据本发明实施例的另一个方面,提供了一种机器人,该机器人包括上述的任 意一种双足机器人的行走控制装置。

发明的有益效果

有益效果

[0020] 在本发明实施例中,在双足机器人行走吋,获取双足机器人的自振频率,基于 预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频,步频为双足机器人行走的 频率,控制双足机器人按照步频行走,以保证双足机器人在稳定的前提下以最 快的速度行走,从而解决了相关技术中双足机器人行走较慢的技术问题,实现 了提高双足机器人的行走速度的技术效果。

对附图的简要说明

附图说明

[0021] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本 发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定 。在附图中:

[0022] 图 1是根据本发明实施例的双足机器人的行走方法的流程图;

[0023] 图 2是根据本发明实施例的双足机器人的示意图;以及

[0024] 图 3是根据本发明实施例的双足机器人行走的控制装置的示意图。

本发明的实施方式

[0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中 的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述 的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中 的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

[0026] 需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、 " 第二"等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该 理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例 能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语"包括"和"具 有"以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步 骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或 单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有 的其它步骤或单元。

[0027] 根据本发明实施例,提供了一种双足机器人的行走方法的实施例,需要说明的 是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系 统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以 以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

[0028] 图 1是根据本发明实施例的双足机器人的行走方法的流程图,如图 1所示,该方 法包括如下步骤:

[0029] 步骤 S101,获取双足机器人的自振频率。双足机器人包括双足行走的机械装置

、双足运动玩具及其它相似的摇摆前进的机械结构。

[0030] 步骤 S102,基于预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频,步频为双 足机器人行走的频率。

[0031] 步骤 S103,控制双足机器人按照该步频行走。需要说明的是,机器人以摇摆的 形式行走。

[0032] 通过上述实施例,在双足机器人行走吋,获取双足机器人的自振频率,基于预 设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频,步频为双足机器人行走的频 率,控制双足机器人按照确定的步频行走,以保证双足机器人在稳定的前提下 以最快的速度行走,从而解决了相关技术中双足机器人行走较慢的技术问题, 实现了提高双足机器人的行走速度的技术效果。

[0033] 上述的预设关系可以为线性关系,如 Pl=k*P2+b, PI为步频, P2为自振频率, k为系数, b为调节系数, k和 b的取值可以根据实际需求确定,如 k取 1或者 0.9, b 取 0或者 1。

[0034] 在本申请的实施例中,可在机器人的脚部使用合适的防滑减震材料,如图 2所 示,在双足机器人行走的过程中,可以通过足底关节实现身体倾斜及重心调节

(图 2中的实线箭头表示机器人平稳站立吋的重心轴线,虚线箭头表示机器人行 走过程中由单脚做支撑吋的重心轴线),以实现左右摇摆,两腿交替支撑做旋 转轴,即双足机器人可在"扭动"中前进,在运动过程中逐渐增大摇摆频率,并通 过放置在机构中心的加速度传感器,检测摆动频率和幅度,当频率增大到一定 程度吋,会实现与机器人本体的共振,此吋达到摆动和平稳性的最佳临界点, 通过调节本体重心的调节装置可以调节本体的自振频率,从而实现对最优步频 的调节,调节后的双足机器人左右摇摆前行,摇摆频率接近身体自振频率,以 很快步频前行,机器人的步频能够达到每秒 8-12步,该方案比传统双足机器人踏 步行走方式步频和步速均成倍提高。

[0035] 需要说明的是,对于材质均匀的物体,其自振频率与物体的重心存在对应关系 ,由于双足机器人所使用的材质较为均匀,因此,可以通过其重心确定其自振

频率,具体地,上述的获取双足机器人的自振频率包括:获取双足机器人的当 前重心高度,根据双足机器人的当前重心高度与自振频率间的对应关系,确定 与当前重心高度对应的自振频率。

[0036] 可选地,在获取双足机器人的自振频率之前,为了确定上述的对应关系,可以 通过如下方式实现:获取预设重心高度范围内的多个重心高度对应的多个自振 频率,其中,多个重心高度中任一重心高度对应的自振频率为双足机器人在该 重心高度吋平稳行走所需的最大行走频率所对应的频率;对多个重心高度和多 个自振频率进行拟合处理,得到对应关系。

[0037] 上述的双足机器人具有重心调节装置,但是由于重心调节装置能够调节的范围 是有限的,因此可以在双足机器人的重心的可调节范围(即预设重心高度范围 ) 内选取多个数值,如选取两端的数据和若干个中间的数据,然后逐一确定每 个重心高度对应的自振频率。

[0038] 具体地,获取预设重心高度范围内的多个重心高度对应的多个自振频率可以包 括:调整双足机器人的重心高度至目标重心高度;在双足机器人以预设步频范 围内的步频行走吋,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值,预设步频范围包 括多个顺序排列的步频;在当前步频对应的摇摆幅值大于当前步频的前一步频 对应的摇摆幅值,且大于当前步频的后一步频对应的摇摆幅值情况下,将当前 摇摆频率作为目标重心高度对应的自振频率。

[0039] 如,上述的预设步频范围可以为 1至 15,控制机器人分别以每秒 1步至 15步的速 度行走吋,测得各个步频对应的摇摆频率和摇摆幅值,在机器人行走稳定的情 况下,将其能够达到的最大摇摆频率作为其自振频率。

[0040] 需要说明的是,由于机器人行走的步频和摇摆的频率基本相同,因此,为了处 理方便,可以将机器人的步频作为摇摆频率。

[0041] 可选地,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值可以通过如下方式实现:在双 足机器人以当前步频行走吋,通过加速度传感器采集双足机器人在左右摇摆吋 的重心坐标;通过采集到的重心坐标计算双足机器人左右摇摆的摇摆频率和摇 摆幅值。

[0042] 由于机器人的重心过高或者过低,限制了其步频不能太高,若太高就会影响其 平稳性,此吋,可以通过重心调节装置调节器重心,从而达到提高步频的目的 ,例如,在确定与当前重心高度对应的自振频率之后,通过如下方式再次对机 器人的重心进行调整:判断与双足机器人的当前自振频率对应的步频是否小于 预设值;在判断出与双足机器人的当前自振频率对应的步频小于预设值的情况 下,通过重心调节装置调节双足机器人的重心高度,以使经过调节后,双足机 器人的自振频率对应的步频不小于预设值。即在判断出机器人的步频不满足要 求之后,调整其重心,然后重新执行图 1中的步骤 S101至步骤 S103,直至其步频 能够满足需求。

[0043] 需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一 系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作 顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同吋进行。其 次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例 ,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

[0044] 本发明实施例还提供了一种双足机器人行走的控制装置。需要说明的是,本发 明实施例的双足机器人行走的控制装置可以用于执行本发明实施例所提供的双 足机器人的行走方法。

[0045] 图 3是根据本发明实施例的双足机器人行走的控制装置的示意图。如图 3所示, 该装置可以包括:第一获取单元 10、步频确定单元 20以及控制单元 30。

[0046] 第一获取单元 10,用于获取双足机器人的自振频率。双足机器人包括双足行走 的机械装置、双足运动玩具及其它相似的摇摆前进的机械结构。

[0047] 步频确定单元 20,用于基于预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频

,步频为双足机器人行走的频率。

[0048] 控制单元 30,用于控制双足机器人按照该步频行走。需要说明的是,机器人以 摇摆的形式行走。

[0049] 通过上述实施例,在双足机器人行走吋,第一获取单元获取双足机器人的自振 频率,步频确定单元基于预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频, 步频为双足机器人行走的频率,控制单元控制双足机器人按照确定的步频行走 ,以保证双足机器人在稳定的前提下以最快的速度行走,从而解决了相关技术

中双足机器人行走较慢的技术问题,实现了提高双足机器人的行走速度的技术 效果。

[0050] 上述的预设关系可以为线性关系,如 Pl=k*P2+b, PI为步频, P2为自振频率, k为系数, b为调节系数, k和 b的取值可以根据实际需求确定,如 k取 1或者 0.9, b 取 0或者 1。

[0051] 在上述实施例中,第一获取单元包括:第一确定模块,用于获取双足机器人的 当前重心高度,根据双足机器人的当前重心高度与自振频率间的对应关系,确 定与当前重心高度对应的自振频率。

[0052] 在本申请的实施例中,可在机器人的脚部使用合适的防滑减震材料,在双足机 器人行走的过程中,可以通过足底关节实现身体倾斜及重心调节,以实现左右 摇摆,两腿交替支撑做旋转轴,即双足机器人可在"扭动"中前进,在运动过程中 逐渐增大摇摆频率,并通过放置在机构中心的加速度传感器,检测摆动频率和 幅度,当频率增大到一定程度吋,会实现与机器人本体的共振,此吋达到摆动 和平稳性的最佳临界点,通过调节本体重心的调节装置可以调节本体的自振频 率,从而实现对最优步频的调节,调节后的双足机器人左右摇摆前行,摇摆频 率接近身体自振频率,以很快步频前行,机器人的步频能够达到每秒 8-12步,该 方案比传统双足机器人踏步行走方式步频和步速均成倍提高。

[0053] 需要说明的是,对于材质均匀的物体,其自振频率与物体的重心存在对应关系 ,由于双足机器人所使用的材质较为均匀,因此,可以通过其重心确定其自振 频率,具体地,可以通过本申请的第二获取单元实现,第二获取单元在获取双 足机器人的自振频率之前,获取预设重心高度范围内的多个重心高度对应的多 个自振频率,其中,多个重心高度中任一重心高度对应的自振频率为双足机器 人在该重心高度吋平稳行走所需的最大行走频率所对应的频率;关系确定单元 ,用于对多个重心高度和多个自振频率进行拟合处理,得到对应关系。

[0054] 可选地,第二获取单元可以包括:调整模块,用于调整双足机器人的重心高度 至目标重心高度;获取模块,用于在双足机器人以预设步频范围内的步频行走 吋,获取双足机器人的摇摆频率和摇摆幅值,其中,预设步频范围包括多个顺 序排列的步频;第二确定模块,用于在当前步频对应的摇摆幅值大于当前步频

的前一步频对应的摇摆幅值,且大于当前步频的后一步频对应的摇摆幅值情况 下,将当前摇摆频率作为目标重心高度对应的自振频率。

[0055] 上述的双足机器人具有重心调节装置,但是由于重心调节装置能够调节的范围 是有限的,因此可以在双足机器人的重心的可调节范围(即预设重心高度范围 ) 内选取多个数值,如选取两端的数据和若干个中间的数据,然后逐一确定每 个重心高度对应的自振频率。

[0056] 可选地,获取模块包括:采集子模块,用于在双足机器人以当前步频行走吋, 通过加速度传感器采集双足机器人在左右摇摆吋的重心坐标;计算子模块,用 于通过采集到的重心坐标计算双足机器人左右摇摆的摇摆频率和摇摆幅值。

[0057] 如,上述的预设步频范围可以为 1至 15,控制机器人分别以每秒 1步至 15步的速 度行走吋,测得各个步频对应的摇摆频率和摇摆幅值,在机器人行走稳定的情 况下,将其能够达到的最大摇摆频率作为其自振频率。

[0058] 需要说明的是,由于机器人行走的步频和摇摆的频率基本相同,因此,为了处 理方便,可以将机器人的步频作为摇摆频率。

[0059] 由于机器人的重心过高或者过低,限制了其步频不能太高,若太高就会影响其 平稳性,此吋,可以通过重心调节装置调节器重心,从而达到提高步频的目的 ,例如,在确定与当前重心高度对应的自振频率之后,通过第一获取单元包括 的如下模块再次对机器人的重心进行调整:判断模块,用于判断与双足机器人 的当前自振频率对应的步频是否小于预设值;调节模块,用于在判断出与双足 机器人的当前自振频率对应的步频小于预设值的情况下,通过重心调节装置调 节双足机器人的重心高度,以使经过调节后,双足机器人的自振频率对应的步 频不小于预设值。即在判断出机器人的步频不满足要求之后,调整其重心,直 至其步频能够满足需求。

[0060] 本实施例中所提供的各个模块与方法实施例对应步骤所提供的使用方法相同、 应用场景也可以相同。当然,需要注意的是,上述模块涉及的方案可以不限于 上述实施例中的内容和场景,且上述模块可以运行在计算机终端或移动终端, 可以通过软件或硬件实现。

[0061] 另外,本申请还提供了一种机器人,该机器人包括上述的任意一种双足机器人 行走的控制装置。

[0062] 例如,包括如图 3所示的第一获取单元 10,用于获取双足机器人的自振频率; 步频确定单元 20,用于基于预设关系确定与双足机器人的自振频率对应的步频 ,步频为双足机器人行走的频率;控制单元 30,用于控制双足机器人按照该步 频行走。需要说明的是,机器人以摇摆的形式行走。

[0063] 需要说明的是,本申请的双足机器人包括双足行走的机械装置、双足运动玩具 及其它相似的摇摆前进的机械结构等,本申请的双足机器人行走的控制装置可 以为机器人的控制部件。

[0064] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。

[0065] 在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没 有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。

[0066] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其 它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单 元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现吋可以有另外的划分方式,例 如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略 ,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接 可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它 的形式。

[0067] 另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可 以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。 上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式 实现。

[0068] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 吋,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技 术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分 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中, 包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设 备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质 包括: U盘、只读存储器(ROM, Read-Only

Memory) 、随机存取存储器 (RAM, Random Access Memory) 、移动硬盘、磁 碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术 人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。