一种双足机器人及其行走控制方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种双足机器人及其行走控制方法。

背景技术：

双足步行机器人---直立行走，其有着良好的自由度、动作灵活、自如、稳定。双足机器人是一种仿生类型的机器人，能够实现机器人的双足行走和相关动作。作为由机械控制的动态系统，双足机器人包含了丰富的动力学特性。在未来的生产生活中，类人型双足行走机器人可以帮助人类解决很多问题比如驮物、抢险救援等一系列危险或繁重的工作。

为了控制双足机器人抬脚时不发生倾倒，现有技术中，双足机器人每跨一步都需调机器人左右的平衡，整个调整过程涉及多次计算和复杂的零件调整，导致控制流程复杂，控制成本过高，阻碍了双足机器人进入日常生产生活中。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明提供一种零件成本低、控制程序相对简单、可控制双足机器人行走过程中的动态平衡的双足机器人及其行走控制方法。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种双足机器人，包括躯干、左腿和右腿，还包括平衡控制系统、压力模块组和平衡精调系统，所述压力模块组和平衡精调系统均与平衡控制系统相连；所述压力模块组包括左腿压力模块和右腿压力模块，所述左腿压力模块和右腿压力模块分别用于感应左腿脚底和右腿脚底的压力分布情况；所述平衡控制系统用于分析压力模块组感应到的信息和控制平衡精调系统，所述平衡精调系统包括总储液箱、电磁阀、电泵、连接环和调节管，所述总储液箱设于躯干外，所述连接环的数量为四个且分别套设在左腿和右腿的小腿和大腿上，所述调节管分布于连接环的外周，所述调节管与连接环可伸缩连接；所述连接环内与调节管相对的内壁处设有伸缩电机，所述伸缩电机的输出轴设有伸缩杆，所述伸缩杆背离伸缩电机的端部与调节管的内壁相连；所述电泵设于调节管和总储液箱之间，所述总储液箱与电泵之间设有导管，所述电泵与调节管之间设有伸入调节管的底部的支管，所述导管和支管上均设有电磁阀。

进一步的，每个所述连接环的外周的调节管的数量为四个，四个调节管等距分布于连接环的外周，其中两个调节管分别设于左腿或右腿的两侧且两个调节管之间的连线与机器人的行走方向垂直。

进一步的，所述调节管与连接环之间设有伸缩软管。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种双足机器人的行走控制方法，包括以下步骤：

s1、关节电机驱动左腿抬起，左腿抬起时，左腿脚底的左腿压力模块将感应到的压力信息传输至平衡控制系统，平衡控制系统控制左腿侧的电磁阀全部打开，同时左腿侧的电泵将左腿上所有调节管内的液体抽回总储液箱内，随后关闭导管上的电磁阀；

s2、左腿抬起的同时右腿弯曲，同时右腿侧的电磁阀全部开启，右腿侧的电泵将总储液箱内的液体抽入右腿的各个调节管内，此时机器人的重力全部由右腿支撑；

s3、右腿脚底的右腿压力模块感应右腿脚底的压力分布情况，并将压力分布信息传输至平衡控制系统，平衡控制系统根据右腿脚底的压力分布情况判断机器人即将倾倒的方向；

s4、平衡控制系统控制平衡精调系统工作，通过实时调节右腿上各个调节管内的液体的量以及右腿上不同方位的调节管与右腿之间的距离来维持机器人行走过程中的动态平衡；

s5、左腿脚底落地后，抬起右腿，重复上述操作以维持机器人行走过程中的动态平衡。

进一步的，步骤s4中，当机器人欲朝行走的方向或是与行走方向相反的方向倾倒时，与倾倒方向背离的调节管对应的伸缩电机将调节管向背离机器人倾倒的方向伸出，以将机器人的重心向与倾倒方向相反的方向移动；若上述操作不足以制止机器人倾倒，则继续将位于倾倒方向的调节管对应的电磁阀开启，同时关闭背离倾倒方向的调节管对应的电磁阀，并开启右腿侧的导管上的电磁阀和电泵，电泵将位于倾倒方向的调节管内的液体抽出，以减少机器人位于倾倒方向的重量。

进一步的，步骤s4中，当机器人的倾倒方向位于同一连接环的两个调节管之间时，平衡控制系统开启上述两个调节管之间的任意一个调节管对应的伸缩电机，伸缩电机将调节管向背离右腿的方向伸出，以将机器人的倾倒方向调整至该调节管所在的方位，随后将与调整后的倾倒方向背离的调节管对应的伸缩电机开启，以将该调节管向背离机器人倾倒的方向伸出，同时将位于机器人倾倒侧的调节管朝右腿移动，以将机器人的重心向与倾倒方向相反的方向移动；若上述操作不足以制止机器人倾倒，则将位于倾倒方向的调节管对应的电磁阀开启，同时关闭背离倾倒方向的调节管对应的电磁阀，并开启右腿侧的导管上的电磁阀和电泵，电泵将位于倾倒方向的调节管内的液体抽出，以减少机器人位于倾倒方向的重量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过调节左腿和右腿上的调节管内的液体的量来调节左腿和右腿的重量，同时通过伸缩电机调整调节管与左腿或右腿之间的距离，从而调节机器人的重心，并通过压力模块组感应左腿脚底或右腿脚底的压力分布情况，从而及时感测机器人倾倒的方向，控制平衡的零件成本低，控制过程相对简单，可有效的使机器人达到动态平衡。

附图说明

图1为本发明的双足机器人的结构示意图；

图2为本发明的调节管与连接环的连接结构示意图；

图3为本发明的平衡精调系统的组成结构图；

其中：1、躯干；2、左腿；3、右腿；4、总储液箱；5、电磁阀；6、电泵；7、连接环；8、调节管；9、伸缩电机；10、伸缩杆；11、导管；12、支管；13、伸缩软管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

参见图1、图2和图3，一种双足机器人，包括躯干1、左腿2和右腿3，还包括平衡控制系统、压力模块组和平衡精调系统，压力模块组和平衡精调系统均与平衡控制系统相连；压力模块组包括左腿2压力模块和右腿3压力模块，左腿2压力模块设于左腿2的脚底，右腿3压力模块设于右腿3的脚底，左腿2压力模块和右腿3压力模块分别用于感应左腿2脚底和右腿3脚底的压力分布情况；平衡控制系统用于分析压力模块组感应到的压力分布信息，并根据压力分布信息控制平衡精调系统；平衡精调系统包括总储液箱4、电磁阀5、电泵6、连接环7和调节管8，总储液箱4设于躯干1外，连接环7的数量为四个且分别套设在左腿2和右腿3的小腿和大腿上，每个连接环7的外周均设有四个调节管8，四个调节管8等距分布于连接环7的外周，其中两个调节管8分别设于左腿2或右腿3的两侧且两个调节管8之间的连线与机器人的行走方向垂直；调节管8与连接环7之间设有伸缩软管13，连接环7内与每个调节管8相对的内壁处均设有伸缩电机9，伸缩电机9的输出轴设有伸缩杆10，伸缩杆10背离伸缩电机9的端部与调节管8的内壁相连，可通过伸缩电机9调节调节管8与连接环7之间的距离；电泵6设于调节管8和总储液箱4之间，总储液箱4与电泵6之间设有导管11，电泵6与调节管8之间设有伸入相应的调节管8的底部的支管12，导管11和支管12上均设有电磁阀5。

参见图1、图2和图3，如上所述的一种双足机器人的行走控制方法，包括以下步骤：

s1、关节电机驱动左腿2抬起，左腿2抬起时，左腿2脚底的左腿2压力模块将感应到的压力变化信息传输至平衡控制系统，平衡控制系统控制左腿2侧的电磁阀5全部开启，左腿2侧的电泵6将左腿2上所有调节管8内的液体抽回总储液箱4内，随后关闭左腿2侧的导管11上的电磁阀5，以此减小左腿2上的重力；

s2、左腿2抬起的同时右腿3弯曲，以降低机器人的重心，同时右腿3侧的电磁阀5全部开启，右腿3侧的电泵6将总储液箱4内的液体抽入右腿3上的各个调节管8内，此时机器人的重力全部由右腿3支撑；

s3、右腿3脚底的右腿3压力模块感应右腿3脚底的压力分布情况，并将压力分布信息传输至平衡控制系统，平衡控制系统根据右腿3脚底的压力分布情况判断机器人即将倾倒的方向；

s4、右腿3压力模块感测到右腿3脚底前端的压力相对较大时，表示机器人会朝前方倾倒，此时平衡控制系统开启位于右腿3后方的调节管8所对应的伸缩电机9，并将调节管8向后方伸出，以将机器人的重心向后方移动，当上述操作不足以制止机器人倾倒时，则将与位于右腿3前方的调节管8对应的电磁阀5开启，同时关闭位于右腿3后方的调节管8所对应的电磁阀5，并开启右腿3侧的导管11上的电磁阀5和电泵6，电泵6将位于右腿3前方的调节管8内的液体抽出，以减少机器人位于倾倒方向的重量；当机器人的倾倒方向位于左前方时，平衡控制系统开启位于右腿3前方的调节管8对应的伸缩电机9，伸缩电机9将调节管8向前方伸出，以将机器人的倾倒方向调整至前方，为后续操作提供时间，紧接着将位于右腿3后方的调节管8所对应的伸缩电机9开启，将该调节管8向后方伸出，同时将位于右腿3前方的调节管8朝右腿3侧移动，以将机器人的重心向与倾倒方向相反的方向移动；若上述操作不足以制止机器人倾倒，则将位于右腿3前方的调节管8所对应的电磁阀5开启，同时关闭位于右腿3后方的调节管8对应的电磁阀5，并开启右腿3侧的导管11上的电磁阀5和电泵6，电泵6将位于右腿3前方的调节管8内的液体抽出，以减少机器人位于倾倒方向的重量；

s5、左腿2脚底落地后，抬起右腿3，重复上述操作以维持机器人行走过程中的动态平衡。

本发明通过实时控制调节管8内液体的量和调节管8与右腿3或左腿2之间的间距来保持机器人的动态平衡，并通过压力模块组感应左腿2脚底或右腿3脚底的压力分布情况，从而及时感测机器人倾倒的方向。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。