一种单腿机器人恒力补偿能量方法技术

本发明专利技术涉及单腿机器人技术领域，更具体地，涉及一种单腿机器人恒力补偿能量方法，包括：S1.建立单腿机器人模型；S2.根据所述单腿机器人模型的运动行为，建立质量弹性倒立模型；S3.通过模拟所述单腿机器人模型的运动状态，将所述质量弹性倒立模型的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；S4.使所述质量弹性倒立模型以自由落体的方式朝向地面落下，所述质量弹性倒立模型从腾空阶段运动至着地阶段；S5.在进入着地阶段的瞬间对所述质量弹性倒立模型施加恒力；S6.分析所述质量弹性倒立模型在运动期间的能量转化以及能量损失。本发明专利技术能够便于开展有关单腿机器人恒力补偿的实验，提高单腿机器人稳定运动的目的。

A constant force compensation energy method for single leg robot

【技术实现步骤摘要】
一种单腿机器人恒力补偿能量方法
本专利技术涉及单腿机器人
，更具体地，涉及一种单腿机器人恒力补偿能量方法。
技术介绍
在单腿机器人的能量研究中，以往的研究工作大多忽略了阻尼的作用。然而，在单腿机器人的实际系统中，会产生多种能量的消耗方式，如驱动阻尼、关节摩擦阻尼、机器人足部与地面碰撞等。为了能够准确地补偿单腿机器人的系统能量，在研究中将不能忽略机器人系统中存在的机器人与地面碰撞而损失能量的问题。一些学者在研究时也考虑了单腿机器人能量补偿的方法，但常用的方法是在系统中加入一定的能量，但该种方法仅能够满足单腿机器人在平坦地面上稳定运动的情形，但是并不能够满足单腿机器人在没有固定约束且处于动态运动过程中的情形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前没有应用于单腿机器人在地形不平稳的条件下运动时的能量补偿方法的不足，提供一种单腿机器人恒力补偿能量方法，能够便于开展有关单腿机器人恒力补偿的实验，提高单腿机器人稳定运动的目的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种单腿机器人恒力补偿能量方法，包括以下步骤：S1.建立单腿机器人模型；S2.在步骤S1之后，根据所述单腿机器人模型的运动行为，建立质量弹性倒立模型；S3.在步骤S2之后，通过模拟所述单腿机器人模型的运动状态，将所述质量弹性倒立模型的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；S4.在步骤S3之后，使所述质量弹性倒立模型以自由落体的方式朝向地面落下，所述质量弹性倒立模型从腾空阶段运动至着地阶段；S5.在步骤S4之后，在进入着地阶段的瞬间对所述质量弹性倒立模型施加恒力；S6.在步骤S5之后，分析所述质量弹性倒立模型在运动期间的能量转化以及能量损失。本专利技术为一种单腿机器人恒力补偿能量方法，通过单腿机器人的腿足式生物结构形态组成，建立单腿机器人模型，将单腿机器人简化；再根据单腿机器人模型的运动行为来建立质量弹性倒立模型，将单腿机器人进一步简化，能够便于研究其运动过程中的能量变化。优选地，在步骤S1中，所述单腿机器人模型包括躯干、腿部、足部，所述腿部的一端与躯干转动连接，另一端通过弹性件与足部连接。优选地，所述弹性件为弹簧阻尼器。优选地，所述腿部与躯干通过转动关节连接。优选地，在步骤S2中，所述质量弹性倒立模型包括第一质量块和第二质量块，所述第一质量块与第二质量块弹性连接。优选地，所述第一质量块与第二质量块通过弹簧连接。优选地，在步骤S5中，施加的恒力的方向与所述质量弹性倒立模型自由落体的方向一致。优选地，在步骤S6中，具有如下动力学表达式：式中，l0表示弹簧的原长，m1表示第一质量块的质量，m2表示第二质量块的质量，a1表示第一质量块的质心距地面的距离，a2表示第一质量块的质心与第二质量块的质心之间的距离，表示第一质量块(21)的加速度，表示第二质量块(22)的加速度，k表示所述弹簧23的弹性系数，Fy表示地面对所述质量弹性倒立模型的反作用力，g表示重力加速度。优选地，在步骤S6中，通过如下公式计算所述质量弹性倒立模型的能量：式中，Pi表示能量传递比，P表示所述质量弹性倒立模型在整个运动过程中的总能量，mg表示所述质量弹性倒立模型的总重力，v表示所述质量弹性倒立模型在整个运动过程中的平均速度。优选地，所述质量弹性倒立模型的总能量的计算公式为：P＝Ek+Ep-Ei；式中，Ek表示所述质量弹性倒立模型在整个运动过程中的总动能，Ep表示所述质量弹性倒立模型在整个运动过程中的总弹性势能，Ei表示所述质量弹性倒立模型在运动过程中第i次触地时损失的动能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术为一种单腿机器人恒力补偿能量方法，通过单腿机器人的腿足式生物结构形态组成，建立单腿机器人模型，将单腿机器人简化；再根据单腿机器人模型的运动行为来建立质量弹性倒立模型，将单腿机器人进一步简化，能够便于研究其运动过程中的能量变化。附图说明图1为本专利技术一种单腿机器人恒力补偿能量方法的流程图。图2为本专利技术单腿机器人模型的结构示意图。图3为本专利技术质量弹性倒立模型的结构示意图一。图4为本专利技术质量弹性倒立模型的结构示意图二。图5为本专利技术质量弹性倒立模型的运动状态阶段示意图。图6为本专利技术单腿机器人能量转化形式以及能量传递效率之间的关系图。图示标记说明如下：1-单腿机器人模型，11-躯干，12-腿部，13-足部，14-弹性件，15-转动关节，2-质量弹性倒立模型，21-第一质量块，22-第二质量块，23-弹簧。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。实施例1如图1至图6所示为本专利技术一种单腿机器人恒力补偿能量方法的第一实施例，包括以下步骤：S1.建立单腿机器人模型1；S2.在步骤S1之后，根据单腿机器人模型1的运动行为，建立质量弹性倒立模型2；S3.在步骤S2之后，通过模拟单腿机器人模型1的运动状态，将质量弹性倒立模型2的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；S4.在步骤S3之后，使质量弹性倒立模型2以自由落体的方式朝向地面落下，质量弹性倒立模型2从腾空阶段运动至着地阶段；S5.在步骤S4之后，在进入着地阶段的瞬间对质量弹性倒立模型2施加恒力；S6.在步骤S5之后，分析质量弹性倒立模型2在运动期间的能量转化以及能量损失。通过单腿机器人的腿足式生物结构形态组成，建立单腿机器人模型，将单腿机器人简化；再根据单腿机器人模型的运动行为来建立质量弹性倒立模型，将单腿机器人进一步简化，能够便于研究其运动过程中的能量变化。另外，在步骤S1中，单腿机器人模型1包括躯干11、腿部12、足部13，腿部12的一端与躯干11转动连接，另一端通过弹性件14与足部13连接。如图2所示，本实施例中躯干11、腿部12均为圆柱状，足部13为半圆球状。在建立单腿机器人模型1时，可采用SolidWorks、ProE等三维绘图设计软件进行绘制。其中，弹性件14为弹簧阻尼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.建立单腿机器人模型(1)；/nS2.在步骤S1之后，根据所述单腿机器人模型(1)的运动行为，建立质量弹性倒立模型(2)；/nS3.在步骤S2之后，通过模拟所述单腿机器人模型(1)的运动状态，将所述质量弹性倒立模型(2)的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；/nS4.在步骤S3之后，使所述质量弹性倒立模型(2)以自由落体的方式朝向地面落下，所述质量弹性倒立模型(2)从腾空阶段运动至着地阶段；/nS5.在步骤S4之后，在进入着地阶段的瞬间对所述质量弹性倒立模型(2)施加恒力；/nS6.在步骤S5之后，分析所述质量弹性倒立模型(2)在运动期间的能量转化以及能量损失。/n

【技术特征摘要】
1.一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立单腿机器人模型(1)；
S2.在步骤S1之后，根据所述单腿机器人模型(1)的运动行为，建立质量弹性倒立模型(2)；
S3.在步骤S2之后，通过模拟所述单腿机器人模型(1)的运动状态，将所述质量弹性倒立模型(2)的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；
S4.在步骤S3之后，使所述质量弹性倒立模型(2)以自由落体的方式朝向地面落下，所述质量弹性倒立模型(2)从腾空阶段运动至着地阶段；
S5.在步骤S4之后，在进入着地阶段的瞬间对所述质量弹性倒立模型(2)施加恒力；
S6.在步骤S5之后，分析所述质量弹性倒立模型(2)在运动期间的能量转化以及能量损失。


2.根据权利要求1所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述单腿机器人模型(1)包括躯干(11)、腿部(12)、足部(13)，所述腿部(12)的一端与躯干(11)转动连接，另一端通过弹性件(14)与足部(13)连接。


3.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述弹性件(14)为弹簧阻尼器。


4.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述腿部(12)与躯干(11)通过转动关节(15)连接。


5.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述质量弹性倒立模型(2)包括第一质量块(21)和第二质量块(22)，所述第一质量块(21)与第二质量块(22)弹性连接。


6.根据权利要求5所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述第一质量块(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清，曾岳南，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44