一种柔性地面上3D欠驱动双足机器人动力学模型计算方法技术

本发明专利技术涉及机器人技术领域，提供了一种柔性地面上3D欠驱动双足机器人动力学模型计算方法，该方法针对柔性地面上的3D欠驱动双足机器人，对其单足支撑项和双足支撑项均进行了动力学模型计算。相比于以往的动力学模型计算方法，本发明专利技术所提出的动力学模型计算方法充分考虑地面柔性，机器人步行过程由一个连续的单足相和一个非瞬态的双足相顺序组成，步行系统为一个分段连续的动态系统，使得3D欠驱动双足步行机器人动力学模型更加接近实际情况，从而便于实际应用。

A dynamic model calculation method of 3D Underactuated Biped Robot on flexible ground

【技术实现步骤摘要】
一种柔性地面上3D欠驱动双足机器人动力学模型计算方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种柔性地面上3D欠驱动双足机器人动力学模型计算方法。
技术介绍
人类研究双足机器人的最终目的是将机器人在真实的环境中应用，并服务于人，但人类生存环境存在多种不确定性，包括地表形态的不确定(如水平地面、台阶地面、斜坡地面等)和地面材质的不确定性(如水泥、橡胶、草地、沙土等)。为实现更加稳定、高效的双足步行，建立准确的机器人动力学模型至关重要。目前关于3D欠驱动双足机器人动力学建模的研究，多是基于理想的平面刚性地面假设开展的，虽有少量考虑刚性不平地面的行走，但没有考虑到真实环境中普遍存在的地面柔性，导致基于理想刚性假设条件的建模方法对实际环境的适应能力较低。在基于理想刚性假设条件下的双足机器人动力学建模方法中，多使用牛顿-欧拉法和拉格朗日法，但牛顿-欧拉法需对各关节的力进行分析，使用其对3D欠驱动双足步行机器人进行建模较为复杂。拉格朗日法无需考虑各关节细节，受到广泛使用。《仿人机器人理论与技术》一书中基于拉格朗日法建立了仿人机器人的动力学模型，该模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性地面上3D欠驱动双足步行机器人动力学模型计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，使用“弹簧-阻尼”系统建立柔性地面等效模型，等效模型由一系列粘弹性单元阵列而成，每个粘弹性单元均包含地板、地基及“弹簧-阻尼”构件，其中，地板通过X、Y、Z三个方向上“弹簧-阻尼”构件与地基相连，且每个“弹簧-阻尼”构件中弹簧刚度系数为k，阻尼系数为c。/n步骤二，机器人在柔性地面上步行时，步行过程由一个连续的单足相和一个非瞬态的双足相顺序组成，步行系统为一个分段连续的动态系统。步行双足相起始于摆动足(腿)与地板上表面接触时刻，终止于支撑足(腿)与地板上表面脱离时刻。/n步骤三，使用拉格朗日法对...

【技术特征摘要】
1.一种柔性地面上3D欠驱动双足步行机器人动力学模型计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，使用“弹簧-阻尼”系统建立柔性地面等效模型，等效模型由一系列粘弹性单元阵列而成，每个粘弹性单元均包含地板、地基及“弹簧-阻尼”构件，其中，地板通过X、Y、Z三个方向上“弹簧-阻尼”构件与地基相连，且每个“弹簧-阻尼”构件中弹簧刚度系数为k，阻尼系数为c。
步骤二，机器人在柔性地面上步行时，步行过程由一个连续的单足相和一个非瞬态的双足相顺序组成，步行系统为一个分段连续的动态系统。步行双足相起始于摆动足(腿)与地板上表面接触时刻，终止于支撑足(腿)与地板上表面脱离时刻。
步骤三，使用拉格朗日法对机器人步行单足支撑相建模，得到单足支撑相“机器人-地面”耦合动力学模型：



其中，qe＝[q1；q2；q3；q4；q5；q6；q7；q8；xst；yst；zst]为机器人各关节角度，和为关节速度与加速度，Me(qe)为惯性矩阵，为科氏力和重力项，Be为关节力矩输入矩阵，u为关节驱动力矩，B1为地面对支撑足作用力方向矩阵，为地面对机器人作用力。
步骤四，使用拉格朗日法对机器人步行双足支撑相建模，得到双足支撑相“机器人-地...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚道金，程宵，王晓明，
申请(专利权)人：华东交通大学，程宵，
类型：发明
国别省市：江西;36