[發明專利]一種雙足機器人落腳位置控制系統與方法有效
| 申請號: | 202010116012.6 | 申請日: | 2020-02-25 |
| 公開(公告)號: | CN111290389B | 公開(公告)日: | 2021-05-14 |
| 發明(設計)人: | 陳學超;高志發;余張國;黃強;張潤明;付鎮源;高峻峣 | 申請(專利權)人: | 北京理工大學 |
| 主分類號: | G05D1/02 | 分類號: | G05D1/02 |
| 代理公司: | 南京智造力知識產權代理有限公司 32382 | 代理人: | 張明明 |
| 地址: | 100081 *** | 國省代碼: | 北京;11 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 機器人 落腳 位置 控制系統 方法 | ||
1.一種雙足機器人落腳位置控制系統,其特征在于,包括激光雷達或視覺傳感器(1)、陀螺儀(3)、六維力傳感器(6)以及工控機,激光雷達或視覺傳感器(1)、陀螺儀(3)、六維力傳感器(6)均與工控機進行信號傳輸;工控機中的模糊控制器以xsd、xen,ysd、yen,θsd、θpt分別作為輸入量,進行模糊處理,得到在可落腳區域內擺動腳的具體落腳位置;其中:xsd、ysd為六維力傳感器(6)獲取的雙足機器人支撐腳的實時位置,xen、yen為激光雷達或視覺傳感器(1)獲取的障礙物在機器人本體坐標系中的位置,θsd為陀螺儀(3)獲取的雙足機器人初始偏航角,θpt是利用當前路徑節點和下一步相關聯的路徑節點組成的直線與世界坐標系x軸的夾角。
2.根據權利要求1所述的雙足機器人落腳位置控制系統,其特征在于,所述其中:xpt、ypt為距離當前支撐腳位置最近的路徑節點,xpt+1、ypt+1為當前擺動腳落腳后距離落腳位置最近的路徑節點,xnext、ynext為可落腳范圍內擺動腳的具體落腳位置,xi、yi為路徑節點。
3.一種根據權利要求1-2任意所述的雙足機器人落腳位置控制系統的控制方法,其特征在于,規劃通行路徑,根據雙足機器人步長約束、運動能力、腳的尺寸與中心偏移,確定擺動腳的在通行路徑上的可落腳區域,模糊處理確定機器人的具體落腳位置;
所述模糊處理包括模糊化、模糊規則推理以及去模糊化;
對xen、xsd模糊處理過程為:輸入為xpt-xpt-1、xen,輸出為Δxnext;
(1)模糊化
xpt-xpt-1模糊化為后退、小步前進、中等步前進、大步前進,對應的范圍分別為:[-Dmin,0]、xen模糊化為很近、近、中等、遠、很遠,對應的范圍分別為:[4Dmax,5Dmax];Δxnext模糊化為后退、短、中等、長,對應的范圍分別為:[-Dmin,0]、其中:Dmax為擺動腳向前可移動最大距離,Dmin為擺動腳向后可移動最大距離;所有的輸入都使用三角法作為隸屬度函數,并且各自隸屬度值為μx;
(2)模糊規則推理
如果xpt-xpt-1=后退,那么xnext=后退;
如果xpt-xpt-1=小步前進,且xen=很近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=小步前進,且xen=近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=小步前進,且xen=中等;那么xnext=中等;
如果xpt-xpt-1=小步前進,且xen=遠;那么xnext=長;
如果xpt-xpt-1=小步前進,且xen=很遠;那么xnext=長;
如果xpt-xpt-1=中等步前進,且xen=很近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=中等步前進,且xen=近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=中等步前進,且xen=中等;那么xnext=中等;
如果xpt-xpt-1=中等步前進,且xen=遠;那么xnext=長;
如果xpt-xpt-1=中等步前進,且xen=很遠;那么xnext=長;
如果xpt-xpt-1=大步前進,且xen=很近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=大步前進,且xen=近;那么xnext=短;
如果xpt-xpt-1=大步前進,且xen=中等;那么xnext=中等;
如果xpt-xpt-1=大步前進,且xen=遠;那么xnext=中等;
如果xpt-xpt-1=大步前進,且xen=很遠;那么xnext=長;
(3)利用重心法去模糊化
對yen、ysd模糊處理過程為:輸入為ypt-ypt-1、yen,輸出為Δynext;
(1)模糊化
ypt-ypt-1模糊化為向內、向外小擺、向外中擺、向外大擺,對應范圍分別為:[Lmin,B]、yen模糊化為很近、近、中等、遠、很遠,對應的范圍分別為:[Lmax,2Lmax]、[2Lmax,3Lmax]、[3Lmax,4Lmax];Δynext模糊化為向內、小、中等、大,對應的范圍分別為:[Lmin,B]、其中Lmax為向外側可移動最大距離,Lmin為向內側可移動最大距離,B為雙足機器人直立時兩腿重心投影間距離;所有的輸入都使用三角法作為隸屬度函數,并且各自隸屬度值為μy;
(2)模糊規則推理
如果ypt-ypt-1=向內,那么Δynext=向內;
如果ypt-ypt-1=向外小擺,且yen=很近;那么Δynext=小;
如果ypt-ypt-1=向外小擺,且yen=近;那么Δynext=小;
如果ypt-ypt-1=向外小擺,且yen=中等;那么Δynext=中等;
如果ypt-ypt-1=向外小擺,且yen=遠;那么Δynext=大;
如果ypt-ypt-1=向外小擺,且yen=很遠;那么Δynext=大;
如果ypt-ypt-1=向外中擺,且yen=很近;那么Δynext=?。?/p>
如果ypt-ypt-1=向外中擺,且yen=近;那么Δynext=??;
如果ypt-ypt-1=向外中擺,且yen=中等;那么Δynext=中等;
如果ypt-ypt-1=向外中擺,且yen=遠;那么Δynext=大;
如果ypt-ypt-1=向外中擺,且yen=很遠;那么Δynext=大;
如果ypt-ypt-1=向外大擺,且yen=很近;那么Δynext=小;
如果ypt-ypt-1=向外大擺,且yen=近;那么Δynext=?。?/p>
如果ypt-ypt-1=向外大擺,且yen=中等;那么Δynext=中等;
如果ypt-ypt-1=向外大擺,且yen=遠;那么Δynext=大;
如果ypt-ypt-1=向外大擺,且yen=很遠;那么Δynext=大;
(3)利用重心法去模糊化
對θsd、θpt模糊理過程為:輸入為θsd、θpt,輸出為Δθnext;
(1)模糊化
θsd模糊化為內偏、小幅度外偏、中等幅度外篇、大幅度外偏,對應的范圍分別為:[-θmin,0]、θpt模糊化為負大方向、負小方向、中等、正小方向、正大方向,對應的范圍分別為:Δθnext模糊化為內偏、小幅度外偏、中等幅度外篇、大幅度外偏,對應的范圍分別為:[-θmin,0]、其中:θmin為擺動腳向內側最大偏航角度,θmax為擺動腳向外側最大偏航角;所有的輸入都使用三角法作為隸屬度函數,并且各自隸屬度值為μθ;
(2)模糊規則推理
當支撐腳為左腳時:
如果θsd=內偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=大幅度外偏;
如果θsd=內偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=內偏,且θpt=中等;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=內偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=內偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=大幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=大幅度外偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=內偏;
當支撐腳為右腳時:
如果θsd=內偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=內偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=內偏,且θpt=中等;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=內偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=內偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=大幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=中等幅度外偏;
如果θsd=小幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=大幅度外偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=中等幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=中等幅度內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=負大方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=負小方向;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=中等;那么Δθnext=內偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=正小方向;那么Δθnext=小幅度外偏;
如果θsd=大幅度外偏,且θpt=正大方向;那么Δθnext=中等幅度內偏;
(3)去模糊化
利用重心法去模糊化:
4.根據權利要求3所述的雙足機器人落腳位置控制方法,其特征在于,機器人的具體落腳位置為(xnext,ynext,θnext),且xnext=xsd+Δxnext,ynext=ysd+Δynext,θnext=θsd+Δθnext。
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