一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法。

背景技术：

仿人机器人是通过模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，从目前机器人技术和人工智能的研究现状来看，要实现高智能，高灵活性的仿人机器人是机器人学研究领域最具挑战性的问题，而腰部机构是仿人机器人重要组成部分，起到承接上身和下身的的枢纽作用，它对仿人机器人运动的灵活性、自由性和平稳性起到极为关键的作用。

目前，大部分仿人机器人的腰部是固定的，没有腰部结构，直接影响了机器人的仿真度，有的机器人的腰部结构复杂，行动笨拙，给仿人机器人增加了成本，降低仿人机器人的工作稳定性，也不能自动根据机器人的工作模式灵活调整腰部旋转角度来平衡机器人的中心。

本方法提供一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法，该方法中腰部机构控制系统将采用机器人主控、控制系统分层的控制策略以及指令化的控制方式，实现腰部向前倾20°，向后仰40°的功能。降低仿人机器人的成本，并提高仿人机器人的工作稳定性以及灵活性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法，包括机器人主控模块、控制系统、驱动部分、动力电机、传感器和结构平台，所述控制系统分别连接机器人主控模块、驱动部分和传感器，所述驱动部分还连接动力电机，所述动力电机还连接结构平台。

作为本发明的进一步方案：所述控制系统和驱动部分之间通过RS485协议进行通讯。

作为本发明的进一步方案：所述结构平台包括电机、蜗杆、涡轮和轴承。

一种用于仿人机器人的腰部的控制方法，其特征在于，机器人主控模块解析出用户输入的指令,把运动参数发送给控制系统完成相应的运动控制。同时,控制系统也将运动状态和传感器信号反馈给机器人主控模块,方便机器人主控模块实时监测系统，控制系统采用RS485通信根据自定义控制协议传输驱动命令给驱动部分，驱动部分在控制动力点击驱动结构平台进行旋转，结构平台部分，通过电机运动，带动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮旋转，通过红外光电传感器获知涡轮旋转的角度，从而实现腰部向前倾20°，向后仰40°的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法，该方法中腰部机构控制系统将采用机器人主控、控制系统分层的控制策略以及指令化的控制方式，实现腰部向前倾20°，向后仰40°的功能。降低仿人机器人的成本，并提高仿人机器人的工作稳定性以及灵活性。

附图说明：

图1是本发明的整体结构框图；

图2 结构平台的正面示意图；

图3位结构平台的侧面图；

图4是机器人腰部结构控制流程图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明描述一种用于仿人机器人的腰部结构和控制方法，包括机器人主控模块、控制系统、驱动部分、动力电机、传感器和结构平台，所述控制系统分别连接机器人主控模块、驱动部分和传感器，所述驱动部分还连接动力电机，所述动力电机还连接结构平台。

作为本发明的进一步方案：所述控制系统和驱动部分之间通过RS485协议进行通讯。

作为本发明的进一步方案：所述结构平台包括电机、蜗杆、涡轮和轴承。

一种用于仿人机器人的腰部的控制方法，机器人主控模块解析出用户输入的指令,把运动参数发送给控制系统完成相应的运动控制。同时,控制系统也将运动状态和传感器信号反馈给机器人主控模块,方便机器人主控模块实时监测系统，控制系统采用RS485通信根据自定义控制协议传输驱动命令给驱动部分，驱动部分在控制动力点击驱动结构平台进行旋转，结构平台部分，通过电机运动，带动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮旋转，通过红外光电传感器获知涡轮旋转的角度，从而实现腰部向前倾20°，向后仰40°的功能。

本方案的工作原理: 腰部机构控制系统将采用机器人主控、控制系统分层的控制策略以及指令化的控制方式。借助机器人主控强大的逻辑判断运算能力和信息处理能力,机器人主控系统解析出用户输入的指令,把运动参数发送给控制系统完成相应的运动控制。同时,控制系统也将运动状态和传感器信号反馈给机器人主控,方便机器人主控实时监测系统。控制系统采用RS485通信根据自定义控制协议传输驱动命令给驱动部分，驱动部分在控制动力点击驱动结构平台进行旋转，结构平台部分，通过电机运动，带动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮旋转，通过红外光电传感器获知涡轮旋转的角度，从而实现腰部向前倾20°，向后仰40°的功能。

1.当机器人工作于搬运重物或者推车以及进行跳舞的时候，启动机器人主控将启动控制部分对腰部结构平台进行控制。

2.读取六轴陀螺仪参数，根据参数计算得到机器人的位姿，判断当前机器人的重心位置。

3.根据机器人的重心位置调整腰部旋转方向，如果机器人重心位置位于机器人的前面，控制机器人腰部结构进行后仰移动，如果机器人重心位置位于机器人的后面，控制机器人腰部结构进行前倾移动，通过不断的调整，使机器人的重心位置位于机器人的中心。

该方法为机器人系统提供冗余自由度。一方面，腰部机构的自由度可以提升机器人在连续快速步行中的稳定性，让机器人能够像人类一样协调上身与下肢的动作。根据任务的要求以及所处环境的复杂性，机器人要完成类似手搬运重物，推车以及爬坡等动作。此时，机器人与周围环境、手头工具形成一个复杂的多个体系统，可以借助腰部机构运动来保持系统平衡。另一方面，腰部机构将进一步提高仿人机器人的拟人化程度。人类善于用肢体语言来表达自己的情绪。比如，人在高兴的时候，喜欢仰着头、挺胸、脚步轻快;在伤心的时候，常常低头、弯腰、步履缓慢。因此，仿人机器人也应该可以用身体来表达情感，这样使得机器人更具亲和力，易于与人交流。适当选择腰部机构的运动参数，得到上身与下肢不同的运动姿态，配合手臂和脸部机构的运动，来表现出机器人当前情感状态。