CN101414190A - 基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法和***，属于自动化控制领域。所述方法包括：通过力传感器测得机器人的地面反作用力；根据所述地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；判断规划零力矩点和所述地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；根据判断结果，控制所述机器人行走。所述装置包括：力传感器、处理模块、判断模块和控制模块。所述***包括：前馈器、实时修正器和伺服驱动器。本发明通过对机器人的踝关节角度进行实时修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，实现了机器人的稳定行走。

Description

基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法和***

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法和***。

背景技术

仿人机器人(以下简称机器人)跟人一样，是靠两条腿的行走实现移动的。它的双腿结构跟人类似，较传统的轮式和履带式机器人有更好的机动性，尤其是在凹凸不平的地面、楼梯以及与地面仅有离散不连续的接触点的场合更体现出优越性。但是双足机器人有本质不稳定的特点，容易摔倒。为了使机器人行走，需要给定机器人的行走轨迹(动态步态)。机器人的动态步态是一种固有的、周期的运动，是依据双足机器人整体动力学产生的。由于约束条件的耦合性和动力学方程的复杂性，动态步态计算需要一个优化过程。因此，动态步态一般只能通过离线计算方法来实现。也就是说，动态步态一般是在假设双足机器人模型和周围环境已知的情况下生成的。实际上，双足机器人行走现实环境不可能与设定的环境和条件完全相同，由于机器人周围环境的变化或产生了未知状况，如果机器人机械地按照预先规划好的动态步态执行，不对所规划的动态步态进行实时修正和控制，很可能会产生不稳定甚至摔倒等异常现象。因此，必须根据当前的环境信息和机器人当前的自身状态，对规划的动态步态进行修正，进行实时步态控制，克服环境的改变与不确定性，使机器人能在实际环境中稳定行走。

现有技术一公开了一种基于零力矩点(ZMP，Zero Moment Point)补偿的控制方法，具体是通过改变机器人的上身和修正机器人足部位置实现ZMP补偿，使机器人稳定行走；

其中，ZMP的具体含义如下：根据力学原理，当物体处于静止状态时，其平衡的充要条件是其重心在地面上的投影落在其支撑面内；而当物体处于运动状态时，其平衡的必要条件是所受重力与惯性力的合力的延长线通过其支撑面内，该合力的延长线与支撑面的交点称为ZMP。

现有技术二公开了一种控制两足步行机器人的方法，具体是根据地面反作用力，计算横摇角和纵摇角，按横摇角和纵摇角驱动制动器，使受力面法向向量与重力方向上的参考向量对齐，实现机器人稳定行走。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

1)现有技术一中机器人的状态修正需要进行动力学计算，难以做到实时补偿和修正；另外，该方法没有考虑机器人动态步行必需的稳定裕度。

2)现有技术二只适合于机器人的静态步行场合，而不适合机器人的动态步行控制。

发明内容

为了使机器人稳定行走，本发明实施例提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法和***。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，所述方法包括：

通过力传感器测得机器人的地面反作用力；

根据所述地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；

判断规划零力矩点和所述地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；

根据判断结果，控制所述机器人行走。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，所述装置包括：

力传感器，用于测得机器人的地面反作用力；

处理模块，用于根据所述力传感器测得的地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；

判断模块，用于判断规划零力矩点和所述处理模块得到的地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；

控制模块，用于根据所述判断模块的判断结果，控制所述机器人行走。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制***，所述***包括：

前馈器，用于提供机器人的离线规划的动态步态θ_a0(t)；

实时修正器，用于当所述机器人的地面反作用力合力点和/或规划零力矩点不在有效稳定区域内时，提供对所述前馈器中的动态步态划θ_a0(t)进行修正的实时修正量Δθ_a(t)；

伺服驱动器，用于将所述前馈器中的动态步态θ_a0(t)和所述实时修正器中的实时修正量Δθ_a(t)相加后，驱动所述机器人的踝关节。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过对机器人的踝关节角度进行实时修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，实现了机器人的稳定行走；并且，无需明确的机器人动力学模型，计算简单，快速修正机器人的动态步态，使机器人能适应未知环境。

附图说明

图1是机器人的步行控制器结构示意图；

图2是机器人的ZMP点和地面反作用力合力点与稳定区域的关系示意图；

图3是本发明实施例1提供的一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法流程图；

图4是本发明实施例2提供的一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置示意图；

图5是本发明实施例3提供的一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制***示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，为机器人的步行控制器结构示意图，步行控制器由起前馈作用的离线规划的踝关节的动态步态θ_a0(t)(离线规划的踝关节角度)和起局部反馈作用的踝关节的实时修正量Δθ_a(t)构成，机器人包括上身101、髋关节102、膝关节103、踝关节104、脚105、力传感器106及各个部分之间的连接件，力传感器106，用于测得地面反作用力的大小。

机器人分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，通过单脚的力传感器测得单脚的地面反作用力；当在双脚支撑期时，通过双脚的力传感器分别测得双脚的地面反作用力。通过力传感器测得的地面反作用力，可以得到地面反作用力合力点，具体是：当在单脚支撑期时，通过单脚的力传感器测得的单脚的地面反作用力的着力点即为地面反作用力合力点；当在双脚支撑期时，通过双脚的力传感器分别测得的双脚的地面反作用力的合力的着力点为地面反作用力合力点。

机器人在行走过程中，为了避免机器人倾倒，保证机器人稳定行走，规划ZMP点(预先规划的，保证机器人稳定行走的ZMP点)和地面反作用力合力点必须在稳定区域内。如果规划ZMP点和地面反作用力合力点在稳定区域内，一般地，机器人能行走而不至于倾倒。但为了确保机器人能够稳定行走，规划ZMP点和地面反作用力合力点与稳定区域边界应保持一定距离，使规划ZMP点和地面反作用力合力点在有效稳定区域内，即有一定的稳定裕度。参见图2，示出了机器人的稳定区域边界201，有效稳定区域202及规划ZMP点203和地面反作用力合力点204，d_zmp是规划ZMP点203(不在有效稳定区域内时)与有效稳定区域边界205的距离，d_f是地面反作用力合力点204(不在有效稳定区域内时)与有效稳定区域边界205的距离。

本发明实施例中机器人稳定行走时，机器人踝关节的伺服控制参考角度θ_a(t)(机器人行走时的实际踝关节角度)等于离线规划的动态步态θ_a0(t)与实时修正量Δθ_a(t)之和，也就是θ_a(t)＝θ_a0(t)+Δθ_a(t)。其中，θ_a0(t)一般是在给定机器人模型和周围环境已知的情况下生成的；Δθ_a(t)是当机器人的地面反作用力合力点和/或规划ZMP点不在有效稳定区域内时，使机器人维持平衡时对踝关节角度的实时修正量。

下面将具体描述如何利用对踝关节角度的实时修正量，对踝关节角度进行实时修正，避免机器人倾倒，保证机器人稳定行走。

实施例1

参见图3，为本发明实施例提供的一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法流程图，用于对踝关节角度进行实时修正，保证机器人稳定行走，具体包括：

301：通过力传感器测得地面反作用力，根据力传感器测得的地面反作用力，得到地面反作用力合力点。

机器人在静止或行走过程中，可以通过力传感器测得地面反作用力的大小。

机器人在行走过程中，可分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，通过单脚的力传感器测得单脚的地面反作用力；当在双脚支撑期时，通过双脚的力传感器分别测得双脚的地面反作用力。机器人在静止时同机器人在行走过程中的双脚支撑期，此处不再赘述。

通过力传感器测得的地面反作用力，可以得到地面反作用力合力点，具体是：当在单脚支撑期时，通过单脚的力传感器测得的单脚的地面反作用力的着力点即为地面反作用力合力点；当在双脚支撑期时，通过双脚的力传感器分别测得的双脚的地面反作用力的合力的着力点为地面反作用力合力点。

302：判断规划ZMP点和地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内。

判断规划ZMP点和地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内，可能的结果如下：

规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内；

规划ZMP点不在有效稳定区域内，地面反作用力合力点在有效稳定区域内；

规划ZMP点在有效稳定区域内，地面反作用力合力点不在有效稳定区域内；

规划ZMP点和地面反作用力合力点都不在有效稳定区域内。

303：根据步骤302的判断结果，控制机器人行走。

根据步骤302的判断结果，控制机器人行走具体包括下面几种情况：

如果步骤302的判断结果是规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，机器人按照离线规划的动态步态行走。也就是说不需要对机器人的踝关节角度进行修正，机器人的踝关节角度为离线规划的动态步态θ_a0(t)。

如果步骤302的判断结果是规划ZMP点不在有效稳定区域内，地面反作用力合力点在有效稳定区域内，则对支撑脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使规划ZMP点调整到有效稳定区域内。

对支撑脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离进行修正，具体过程是：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的实时修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量。

实时修正量Δθ_a(t)按下面的(1)式计算：

${\mathrm{\Δ\θ}}_a\left(t\right)={\∫}_0^t\mathrm{\φ}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

式中， $\mathrm{\&phi;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{1c}*d_{\mathrm{zmp}}\left(t\right),& F_{\mathrm{foot}}>0\\ -K_{1r}*{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a(t-T),& F_{\mathrm{foot}}=0\end{array}\right.,$ d_zmp(t)表示t时刻规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离，K_1c和K_1r是系数，且0<K_1c<1、0<K_1r<1，T是计算机控制周期，F_foot是力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态，也就是处于支撑状态的脚转换到摆动状态时，按照F_foot＝0对应的公式对该脚的踝关节角度进行修正，当脚处于摆动状态时，该脚的踝关节角度应该逐渐恢复到固有动态步态规定的值，所以F_foot＝0对应的公式是使该脚的踝关节角度恢复到固有动态步态规定的值。

需要说明的是，机器人分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，对单脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使规划ZMP点调整到有效稳定区域内；当在双脚支撑期时，对双脚的踝关节角度，分别按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使规划ZMP点调整到有效稳定区域内。

如果步骤302的判断结果是规划ZMP点在有效稳定区域内，地面反作用力合力点不在有效稳定区域内，对支撑脚的踝关节角度，按照地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使地面反作用力合力点调整到有效稳定区域内。

对支撑脚的踝关节角度，按照地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，具体过程是：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量。

实时修正量Δθ_a(t)按下面的(2)式计算：

式中，

d_f(t)表示t时刻地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离，K_2c和K_2r是系数，且0<K_2c<1、0<K_2r<1，T是计算机控制周期，F_foot是力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态，也就是处于支撑状态的脚转换到摆动状态时，按照F_foot＝0对应的公式对该脚的踝关节角度进行修正，当脚处于摆动状态时，该脚的踝关节角度应该逐渐恢复到固有动态步态规定的值，所以F_foot＝0对应的公式是使该脚的踝关节角度恢复到固有动态步态规定的值。

需要说明的是，机器人分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，对单脚的踝关节角度，按照地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使地面反作用力合力点调整到有效稳定区域内；当在双脚支撑期时，对双脚的踝关节角度，分别按照地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，使地面反作用力合力点调整到有效稳定区域内。

如果步骤302的判断结果是规划ZMP点和地面反作用力合力点都不在有效稳定区域内，则对于支撑脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离和地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离之积进行修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都调整到有效稳定区域内。

对于支撑脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离和地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离之积进行修正，具体过程是：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量。

实时修正量Δθ_a(t)按下面的(3)式计算：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a\left(t\right)=={\&Integral;}_0^t\mathrm{\&psi;}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(3\right)$

式中， $\mathrm{\&psi;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{3c}*d_{\mathrm{zmp}}\left(t\right)*d_f\left(t\right),& F_{\mathrm{foot}}>0\\ -K_{3r}*{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a(t-T),& F_{\mathrm{foot}}=0\end{array}\right.,$ d_zmp(t)表示t时刻规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离，d_f(t)表示t时刻地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离，K_3c和K_3r是系数，且0<K_3c<1、0<K_3r<1，T是计算机控制周期，F_foot是力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态，也就是处于支撑状态的脚转换到摆动状态时，按照F_foot＝0对应的公式对该脚的踝关节角度进行修正，当脚处于摆动状态时，该脚的踝关节角度应该逐渐恢复到固有动态步态规定的值，所以F_foot＝0对应的公式是使该脚的踝关节角度恢复到固有动态步态规定的值。

需要说明的是，机器人分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，对单脚的踝关节角度，按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离和地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离之积进行修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都调整到有效稳定区域内；当在双脚支撑期时，对双脚的踝关节角度，分别按照规划ZMP点与有效稳定区域边界的距离和地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离之积进行修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都调整到有效稳定区域内。

本发明实施例所述的方法，通过对机器人的踝关节角度进行实时修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，实现了机器人的稳定行走；并且，无需明确的机器人动力学模型，计算简单，快速修正机器人的动态步态，使机器人能适应未知环境。

实施例2

参见图4，本发明实施例提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，该装置具体包括：

力传感器401，用于测得机器人的地面反作用力；

处理模块402，用于根据力传感器401测得的地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；

判断模块403，用于判断规划零力矩点和处理模块402得到的地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；

控制模块404，用于根据判断模块403的判断结果，控制机器人行走。

其中，控制模块404具体包括：

处理单元，用于当判断模块403的判断结果是规划零力矩点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内时，使机器人按照规划的动态步态行走。

其中，控制模块404具体包括：：

第一修正单元，用于当判断模块403的判断结果是规划零力矩点不在有效稳定区域内，地面反作用力合力点在有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离进行修正，其中，具体的修正方式为：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的实时修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(1)式计算。

其中，控制模块404具体包括：

第二修正单元，用于当判断模块403的判断结果是规划零力矩点在有效稳定区域内，地面反作用力合力点不在有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，其中，具体的修正方式为：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的实时修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(2)式计算。

其中，控制模块404具体包括：

第三修正单元，用于当判断模块403的判断结果是规划零力矩点和地面反作用力合力点都不在有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离和地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离之积进行修正，其中，具体的修正方式为：在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)，实现对踝关节角度的实时修正。动态步态θ_a0(t)是离线规划好的，是已知量，实时修正量Δθ_a(t)是在机器人实际行走过程中，实时计算出来的对动态步态θ_a0(t)的修正量，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(3)式计算。

本发明实施例所示的装置，通过对机器人的踝关节角度进行实时修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，实现了机器人的稳定行走；并且，无需明确的机器人动力学模型，计算简单，快速修正机器人的动态步态，使机器人能适应未知环境。

实施例3

参见图5，本发明实施例提供了一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制***，该***具体包括：

前馈器501，用于提供机器人的离线规划的踝关节的动态步态θ_a0(t)；

实时修正器502，用于当机器人的地面反作用力合力点和/或规划零力矩点不在有效稳定区域内时，提供对前馈器501中的动态步态划θ_a0(t)进行修正的踝关节的实时修正量Δθ_a(t)；

当规划ZMP点不在有效稳定区域内，地面反作用力合力点在有效稳定区域内，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(1)式计算；

当地面反作用力合力点不在有效稳定区域内，规划ZMP点在有效稳定区域内，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(2)式计算；

当规划ZMP点和地面反作用力合力点都不在有效稳定区域内，实时修正量Δθ_a(t)按照实施例1中的(3)式计算。

伺服驱动器503，用于将前馈器501中的动态步态θ_a0(t)和实时修正器502中的实时修正量Δθ_a(t)相加后，驱动机器人的踝关节。需要说明的是，机器人双脚的踝关节分别设有上述***，机器人分为单脚支撑期和双脚支撑期，当在单脚支撑期时，支撑脚的踝关节的该***对支撑脚的踝关节进行修正；当在双脚支撑期时，双脚的踝关节的该***对分别对双脚各自的踝关节进行修正。

本发明实施例所示的***，通过对机器人的踝关节角度进行实时修正，使规划ZMP点和地面反作用力合力点都在有效稳定区域内，实现了机器人的稳定行走；并且，无需明确的机器人动力学模型，计算简单，快速修正机器人的动态步态，使机器人能适应未知环境。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

通过力传感器测得机器人的地面反作用力；

根据所述地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；

判断规划零力矩点和所述地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；

根据判断结果，控制所述机器人行走。

2.根据权利要求1所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果，控制所述机器人行走具体包括：

如果判断结果是所述规划零力矩点和所述地面反作用力合力点都在所述有效稳定区域内，所述机器人按照规划的动态步态行走。

3.根据权利要求1所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果，控制所述机器人行走具体包括：

如果判断结果是所述规划零力矩点不在所述有效稳定区域内，所述地面反作用力合力点在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离进行修正。

4.根据权利要求3所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离进行修正，具体包括：

在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)；

所述实时修正量Δθ_a(t)具体为：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a\left(t\right)={\&Integral;}_0^t\mathrm{\&phi;}\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中， $\mathrm{\&phi;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{1c}*d_{\mathrm{zmp}}\left(t\right),& F_{\mathrm{foot}}>0\\ {-K}_{1r}*{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a(t-T),& F_{\mathrm{foot}}=0\end{array}\right.,$ d_zmp(t)表示t时刻所述规划零力矩点与所述有效稳定区域边界的距离，K_1c和K_1r是系数，且0<K_1c<1、0<K_1r<1，T是计算机控制周期，F_foot是所述力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态。

5.根据权利要求1所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果，控制所述机器人行走具体包括：

如果判断结果是所述规划零力矩点在所述有效稳定区域内，所述地面反作用力合力点不在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正。

6.根据权利要求5所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述按照所述地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正，具体包括：

在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)；

所述实时修正量Δθ_a(t)具体为：

其中， 

d_f(t)表示t时刻所述地面反作用力合力点与所述有效稳定区域边界的距离，K_2c和K_2r是系数，且0<K_2c<1、0<K_2r<1，T是计算机控制周期，F_foot是所述力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态。

7.根据权利要求1所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果，控制所述机器人行走具体包括：

如果判断结果是所述规划零力矩点和所述地面反作用力合力点都不在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离和所述地面反作用力合力点与所述有效稳定区域边界的距离之积进行修正。

8.根据权利要求7所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制方法，其特征在于，所述按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离和所述地面反作用力合力点与所述有效稳定区域边界的距离之积进行修正，具体包括：

在离线规划的动态步态θ_a0(t)的基础上加上实时修正量Δθ_a(t)；

所述实时修正量Δθ_a(t)具体为：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a\left(t\right)=={\&Integral;}_0^t\mathrm{\&psi;}\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中， $\mathrm{\&psi;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{3c}*d_{\mathrm{zmp}}\left(t\right)*d_f\left(t\right),& F_{\mathrm{foot}}>0\\ {-K}_{3r}*{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_a(t-T),& F_{\mathrm{foot}}=0\end{array}\right.,$ d_zmp(t)表示t时刻所述规划零力矩点与所述有效稳定区域边界的距离，d_f(t)表示t时刻所述地面反作用力合力点与所述有效稳定区域边界的距离，K_3c和K_3r是系数，且0<K_3c<1、0<K_3r<1，T是计算机控制周期，F_foot是所力传感器测得的对脚的地面反作用力的大小，F_foot>0表示脚处于支撑状态，F_foot＝0表示脚处于摆动状态。

9.一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

力传感器，用于测得机器人的地面反作用力；

处理模块，用于根据所述力传感器测得的地面反作用力，得到机器人的地面反作用力合力点；

判断模块，用于判断规划零力矩点和所述处理模块得到的地面反作用力合力点是否都在有效稳定区域内；

控制模块，用于根据所述判断模块的判断结果，控制所述机器人行走。

10.根据权利要求9所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，其特征在于，所述控制模块具体包括：

处理单元，用于当所述判断模块的判断结果是所述规划零力矩点和所述地面反作用力合力点都在所述有效稳定区域内时，使所述机器人按照规划的动态步态行走。

11.根据权利要求9所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，其特征在于，所述控制模块具体包括：

第一修正单元，用于当所述判断模块的判断结果是所述规划零力矩点不在所述有效稳定区域内，所述地面反作用力合力点在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离进行修正。

12.根据权利要求9所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，其特征在于，所述控制模块具体包括：

第二修正单元，用于当所述判断模块的判断结果是所述规划零力矩点在所述有效稳定区域内，所述地面反作用力合力点不在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述地面反作用力合力点与有效稳定区域边界的距离进行修正。

13.根据权利要求9所述的基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制装置，其特征在于，所述控制模块具体包括：

第三修正单元，用于当所述判断模块的判断结果是所述规划零力矩点和所述地面反作用力合力点都不在所述有效稳定区域内时，对支撑脚的踝关节角度，按照所述规划零力矩点与有效稳定区域边界的距离和所述地面反作用力合力点与所述有效稳定区域边界的距离之积进行修正。

14.一种基于有效稳定区域仿人机器人稳定行走的控制***，其特征在于，所述***包括：

前馈器，用于提供机器人的离线规划的动态步态θ_a0(t)；

实时修正器，用于当所述机器人的地面反作用力合力点和/或规划零力矩点不在有效稳定区域内时，提供对所述前馈器中的动态步态划θ_a0(t)进行修正的实时修正量Δθ_a(t)；

伺服驱动器，用于将所述前馈器中的动态步态θ_a0(t)和所述实时修正器中的实时修正量Δθ_a(t)相加后，驱动所述机器人的踝关节。

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