【技术实现步骤摘要】
一种四足机器人腿部关节负载规律分析方法
本专利技术涉及智能机器人
，具体为一种四足机器人腿部关节负载规律分析方法。
技术介绍
四足机器人主要应用于野外复杂地形中的抢险救灾、地质勘探等任务中，这就需要四足机器人能够适应各种复杂地形，采用轮式、蠕动式等运动方式的机器人仅能通过有限不平度的地形，而四足机器人作为仿生机器人的一个重要研究方向，仿照狗、马等哺乳动物的肢体结构进行设计，通过腿足与地面发生散点接触，能够适应地面不平度较大的地形。目前，四足机器人液压系统在能源利用方面存在的最主要问题之一：四足机器人液压系统多采用单泵多执行器液压系统，泵源流量、压力输出与执行器需求严重不匹配，四足机器人液压系统具有高速轻载、低速重载以及高低速交替出现的特点，这种同一执行器高低速交替且不同执行器高低速同时存在的工况需要液压系统能够同时提供多种流量、压力组合的油液，而单泵多执行器液压系统属于节流调速系统，为兼顾多执行器多工况的运动需求，只能通过节流作用实现流量、压力匹配，因此产生了较多的节流损失。该问题造成四足机器人液压系统效率低下...
【技术保护点】
1.一种四足机器人腿部关节负载规律分析方法，其特征在于：按以下方法进行分析：/nS1、利用弹簧倒立摆及虚拟模型控制算法对四足机器人行走进行控制；/n所述弹簧倒立摆主要包括机体及无质量的弹簧腿两部分，髋关节在机体形心处，弹簧腿可以绕髋关节转动；/nS2、并在各自由度的理想位置与实际位置之间添加虚拟弹簧阻尼元件，利用弹簧阻尼元件产生的虚拟负载拉动机体使其跟踪理想位置；/nS3、基于弹簧倒立摆及虚拟模型的四足机器人行走控制算法及负载规律分析；/n四足机器人机体增加虚拟模型后，机体受力、位置及速度的关系为:/n
【技术特征摘要】
1.一种四足机器人腿部关节负载规律分析方法，其特征在于：按以下方法进行分析：
S1、利用弹簧倒立摆及虚拟模型控制算法对四足机器人行走进行控制；
所述弹簧倒立摆主要包括机体及无质量的弹簧腿两部分，髋关节在机体形心处，弹簧腿可以绕髋关节转动；
S2、并在各自由度的理想位置与实际位置之间添加虚拟弹簧阻尼元件，利用弹簧阻尼元件产生的虚拟负载拉动机体使其跟踪理想位置；
S3、基于弹簧倒立摆及虚拟模型的四足机器人行走控制算法及负载规律分析；
四足机器人机体增加虚拟模型后，机体受力、位置及速度的关系为:
其中，x和y分别为机体重心在绝对坐标系x和y方向的位置，h为机体重心高度，k为对应的增益系数，下标d表示该变量的期望值，φy为俯仰角，φz为偏航角。在得到机体所受虚拟力后须将其分配到支撑腿足端，以得到支撑腿的驱动关节力矩。在此忽略四足机器人惯性力及科氏力作用，仅考虑四足机器人静平衡时的受力，因此其整体受力可知：
其中，xi、yi、zi为各腿足端在机体坐标系中的坐标，各支撑腿足端沿xb方向的力为fxi，沿yb方向的力为fyi，沿zb方向的力为fzi，其中i＝1,3，Fx为机体在xb方向上的虚拟力，Fy为机体在yb方向的虚拟力，Fz为机体在zb方向的虚拟力，G为四足机器人自重，而后结合雅克比矩阵得到支撑腿的驱动关节力矩，同时采用弹簧倒立摆控制算法以实现侧向速度控制；
四足机器人从静止开始加速、匀速和减速至再次静止的过程称为全运动过程，四足机器人负重时相当于机体质量增大，为方便研究，本发明定义四足机器人半载为2倍机身质量，满载为3倍机身质量；
四足机器人腿部关节采用液压驱动单元的驱动形式，因此需要根据液压缸在关节处的结构参数换算得到液压缸活塞杆在四足机器人行走过程中的运动和受力；
设液压缸的伸长量为ci，各关节力矩和角速度与液压缸活塞杆出力和速度的关系如下：
髋侧摆关节：
髋纵摆关节：
膝关节：
将四足机...
【专利技术属性】
技术研发人员：晁智强，李志强，韩寿松，宁初明，刘相波，靳莹，李华莹，李勋，谭永营，薛大兵，王飞，郭浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，浙江省轨道交通运营管理集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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