用于控制机器人步态的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制机器人步态的方法和系统，包括：确定机器人是否正在行走以及机器人行走的方向；测量机器人的一只脚的脚底踩在地面上所需的时间量；利用三角函数计算施加到脚底的假想反作用力，其中三角函数将所测量的脚底踩在地面上所需的时间量作为周期；以及将所计算的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵，并将假想反作用力转换成用于机器人的下肢关节的驱动力矩。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于控制机器人步态的方法和系统，包括：确定机器人是否正在行走以及机器人行走的方向；测量机器人的一只脚的脚底踩在地面上所需的时间量；利用三角函数计算施加到脚底的假想反作用力，其中三角函数将所测量的脚底踩在地面上所需的时间量作为周期；以及将所计算的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵，并将假想反作用力转换成用于机器人的下肢关节的驱动力矩。【专利说明】用于控制机器人步态的方法和系统
本专利技术涉及一种基于穿着者的行走速度和该穿着者的预期步态来控制可穿戴式机器人的步态的方法和系统。
技术介绍
本专利技术涉及一种用于减少可穿戴式行走机器人的负载的步态控制算法。当穿着机器人的穿着者行走时，如果该机器人没有正确地反映穿着者的预期步态，则穿着者将感觉到来自该机器人的负载，并且当该穿着者行走时，该负载将表现为不稳定。为了克服上述问题，本专利技术提供一种确定穿着者预期行走的速度的控制算法，并提供一种与摆动脚的预期运动相对应的假想反作用力，从而减小由机器人产生的负载。现有的可穿戴式机器人主要利用力/力矩传感器来确定穿着者的预期步态。然而，这种方法要求实施解决当穿着者行走时由传感器的抖振现象和噪音产生所引起的问题的措施。此外，传感器是非常昂贵的，并且需要额外的放大器电路和信号处理板。因此，根据本专利技术的实施例，可以最大限度地减少对传感器的使用。例如，可以在机器人的每只脚的脚底上设置一个比较便宜的接通/关断开关，以确定该穿着者的预期步态。在题为“可穿戴式机器人的脚传感器设备及用于使用相同设备确定用户意图的方法” (Foot sensor apparatus for wearable robot and method for determiningintension of user using the same)的韩国专利注册号10-1179159B1中提出一种常规技术的代表性示例。该常规设备包括第一传感器，其设置在可穿戴式机器人的每只脚的上表面上、穿着者的脚的脚趾放置的位置上；第二传感器，其设置在机器人的每只脚的上表面上、穿着者的脚的跖球放置的位置上；第三传感器，其设置在机器人的每只脚的上表面上、穿着者的脚的脚跟的位置上；以及控制器，其基于来自第一传感器、第二传感器和第三传感器的信号确定穿着者的预期步态。当负载被应用于第一传感器、第二传感器和第三传感器时，相应的传感器接通；而当没有负载应用于其中时，传感器关断。当第一传感器、第二传感器和第三传感器每个都被关断时，该控制器确定穿着者的那只脚是在空中。当第一传感器接通而第二传感器和第三传感器每个都被关断时，该控制器确定该脚处于妬曲(Plantar-f Iexion)状态。当第一传感器和第二传感器每个都关断而第三传感器接通时，该控制器确定该脚处于脚跟着地状态。当第一、第二和第三传感器都接通时，控制器确定穿着者的整只脚都与机器人的那只脚接触，并且穿着者站立在地面上。然而，在利用上述常规方法时，难以精确地确定穿着者的预期步态并且积极地、可变地控制该机器人。此外，传感器的数量比较大，因此增加生产成本。应理解的是，提供上述说明仅仅是为了帮助理解本专利技术，而并不意味着本专利技术落在相关技术的范围内。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种基于穿着者的行走速度和预期步态来控制可穿戴式机器人的步态的方法和系统。为了实现上述目的，根据一个方面，本专利技术提供一种用于控制机器人步态的方法，包括:确定机器人是否正在行走，并且如果确定正在行走，则确定机器人行走的方向；测量机器人的一只脚的脚底踩在地面上所需的时间量；利用三角函数计算施加到脚底的假想反作用力，其中三角函数将所测量的脚底踩在地面上所需的时间量作为周期；以及将所计算的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵，并将假想反作用力转换成用于机器人的下肢关节的驱动力矩。转换步骤可包括检查机器人那只脚的脚底是否已经离开地面。检查步骤可以包括当机器人的脚的脚底已经离开地面时，将驱动力矩施加到与所述脚底相关联的下肢关节。确定步骤可以包括利用设置在机器人的脚的脚底上的表面接触传感器确定机器人是否正在行走，并且所述测量步骤包括利用表面接触传感器，测量机器人的所述脚的脚底踩在地面上所需的时间量。计算步骤可以包括将三角函数乘以预设的大小值来计算假想反作用力。计算步骤可以包括根据机器人行走的方向，改变假想反作用力的X轴分量的符号。根据另一方面，本专利技术提供一种用于控制机器人步态的系统，包括:表面接触传感器，设置在机器人的一只脚的脚底上；和控制单元，利用表面接触传感器测量机器人的行走状态和方向、以及脚底踩在地面上所需的时间量，该控制单元利用三角函数计算施加到脚底的假想反作用力，其中所述三角函数将所测量的脚底踩在地面上所需的时间量作为周期，并且该控制单元将所计算的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵，以便将假想反作用力转换成用于驱动机器人的下肢关节的力矩。表面接触传感器可以包括多个带传感器，所述多个带传感器设置在机器人的脚的脚底上、彼此间隔开的位置上。如上所述，根据本专利技术的控制机器人步态的方法和系统提供一种控制算法，其利用例如脚模块的接通/判断开关等，可减小基于假想反作用力的负载，以便可以使用便宜的传感器，而不需昂贵的F/T传感器。由此，可以降低生产成本。另外，本专利技术可以更精确地感测穿着者的预期步态并控制机器人。此外，利用接通/关断开关的数字流可以计算穿着者的行走速度的方法，可以避免常规意向传感方法因F/T传感器的抖振和噪音的问题而可靠性低的问题。因此，本专利技术可以为穿着者提供一种舒适的穿着感。此外，因为本专利技术基于假想反作用力，因此不需要在传感器实际测量反作用力时所使用的额外电路/电路板和信号处理算法。【专利附图】【附图说明】结合附图，从下面详细说明中可以更清楚地理解本专利技术的上述和其他目的、特征和优点，其中:图1是示出根据本专利技术示例性实施例，使用在用于控制机器人步态的方法中的表面接触传感器的图示；图2是示出根据本专利技术的示例性实施例，用于控制机器人步态的系统的结构的图示；图3是根据本专利技术的示例性机器人步态控制方法的流程图；和图4是示出根据本专利技术的机器人步态控制方法的三角函数的曲线图。【具体实施方式】在下文中，将参照附图来详细说明根据本专利技术的优选实施例的控制机器人步态的方法和系统。图1是示出在根据本专利技术示例性实施例的用于控制机器人步态的方法中使用的表面接触传感器的图示。图2是示出根据本专利技术示例性实施例的用于控制机器人步态的系统的结构的图示。图3是根据本专利技术示例性的机器人步态控制方法的流程图。图4是示出根据本专利技术的机器人步态控制方法的三角函数的曲线图。图3是根据本专利技术的示例性机器人步态控制方法的流程图。机器人步态控制方法包括确定步骤S100，确定机器人是否处于行走状态，以及确定机器人行走的方向；测量步骤S200，测量每只脚踩在地面上所需的时间量；计算步骤S300，利用将测量的时间量作为周期的三角函数，来计算施加给脚底的假想反作用力；以及转换步骤S400，将计算出的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵(Jacobian transposed matrix),并将计算出的假想反作用力转换成用于机器人的下肢关节的驱动力矩。本专利技术的机器人的代表性示例可以是可穿戴式机器人。当穿着该可穿戴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制机器人步态的方法，包括：确定所述机器人是否正在行走，并且如果确定正在行走，则确定所述机器人行走的方向；测量所述机器人的一只脚的脚底踩在地面上所需的时间量；利用三角函数计算施加到所述脚底的假想反作用力，其中所述三角函数将所测量的所述脚底踩在地面上所需的时间量作为周期；以及将所计算的假想反作用力应用于雅可比转置矩阵，并将所述假想反作用力转换成用于所述机器人的下肢关节的驱动力矩。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李硕远，梁佑诚，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR