非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法及系统，该方法中的非对称无边轮模型包括两个辐条数均为n/2的无边轮框架以某一相对角度固连而成，非对称无边轮模型的辐条末端位置可达区域为一割形区域，依照不同功能作用规律，将该区域进一步划分为分区域I、分区域II、分区域III、分区域IV。最终系统稳定性计算模块通过求解系统的运动方程，得到用于评价系统稳定性的特征值，最终系统稳定性主动调节模块通过调节模型的几何特征参数，来调节系统的最终稳定性。本发明专利技术对于实现足式机器人稳定双足行走，具有更为直接有效的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法及系统
本专利技术涉及无边轮运动
，更具体的说是涉及非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法及系统。
技术介绍
双足机器人的行走控制可以从飞机的研究发展过程中找到思路：最早专利技术的飞机是没有任何主动驱动动力，只是依靠自身势能转化为运动的滑翔机，在深入研究了欠驱动控制的滑翔机飞行的基础上，通过增加动力装置，最终设计实现了真正现代化和实用化的飞机。同样，可以首先研究没有主动控制的双足步行机器人，然后再进一步设计复杂的机器人结构，从而实现更多的功能，这是双足机器人研究的一种思路。据此，T.McGeer成功地研制了二维的被动行走机器人，该机器人在不采用其他动力源和主动控制的条件下，能够利用机器人的自身物理属性与环境之间的相互影响，在重力作用下产生沿斜面向下的自发稳定运动步态，这种稳定步态运动在合适的初始状态下不借助轨迹生成器自发生成，并具有自然的步态和类似于人类步行的能量效率。因此“被动动态行走”理论能够很好地弥补“主动动态行走”理论的不足，研究“被动动态行走”概念能够更加充分挖掘人类等生物步行运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，适用于非对称无边轮模型(11)，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.构造并描述非对称无边轮模型(11)；/nS2.依据不同种类的功能作用，对构造的辐条末端可达区域(21)进行分类构造；/nS3.分析所述非对称无边轮模型(11)在斜面上的周期化运动过程；/nS4.根据S3中的分析结果计算获得所述非对称无边轮模型(11)的最终系统稳定性；/nS5.通过调节所述非对称无边轮模型(11)的模型参数，使非对称无边轮模型(11)的最终系统稳定性符合期望。/n

【技术特征摘要】
1.一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，适用于非对称无边轮模型(11)，其特征在于，包括以下步骤：
S1.构造并描述非对称无边轮模型(11)；
S2.依据不同种类的功能作用，对构造的辐条末端可达区域(21)进行分类构造；
S3.分析所述非对称无边轮模型(11)在斜面上的周期化运动过程；
S4.根据S3中的分析结果计算获得所述非对称无边轮模型(11)的最终系统稳定性；
S5.通过调节所述非对称无边轮模型(11)的模型参数，使非对称无边轮模型(11)的最终系统稳定性符合期望。


2.根据权利要求1所述的一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，其特征在于，S1中构造并描述非对称无边轮模型(11)的具体内容包括：
所述非对称无边轮模型(11)位于倾角为α的斜面上；
所述非对称无边轮模型(11)包括均为无边轮框架结构且辐条数均为n/2的框架I(111)和框架II(112)，其中，所述无边轮框架结构是只有内部轮辐的单轮机构，所有所述轮辐沿圆周均匀分布，单个无边轮框架结构上的相邻轮辐间的夹角均为β；
所述框架I(111)和所述框架II(112)相对固定连接，其中所述框架I(111)的辐条长均为l，所述框架II(112)的辐条长均为p·l；所述非对称无边轮模型(11)的质量为m，转动惯量为I，无量纲转动惯量记为2J，且2J＝I/ml2；
所述模型参数σ为σ＝(p，q)，其中p为辐条长系数，q为所述框架I(111)中辐条L1、辐条L3与所述框架II(112)中相邻辐条L2间所构成两个夹角的夹角系数，在框架I(111)和框架II(112)的投影面中辐条L2位于辐条L1和辐条L3之间，且有：
β＝β1+β2，
β1＝[1/(q+1)]·β，
β2＝[q/(q+1)]·β，
其中β为所述辐条L1和辐条L3的夹角，β1为投影面中所述辐条L1和辐条L2的夹角，β2为投影面中所述辐条L2和辐条L3的夹角。


3.根据权利要求2所述的一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，其特征在于，所述辐条末端可达区域(21)为所述框架II(112)中辐条的末端位置可以到达的区域；
所述辐条末端可达区域(21)为以辐条L1和辐条L3组成的三角形的外接圆弧和辐条L1和辐条L3均与外接圆之间的割线为边界形成的一个割形区域；
当所述框架II(112)中辐条末端位置在所述辐条末端位置可达区域(21)内时，保证所述非对称无边轮模型(11)在运动过程中所述框架I(111)和所述框架II(112)均能与斜面接触；当所述框架II(112)中辐条末端位置不在所述辐条末端位置可达区域(21)内时，所述非对称无边轮模型(11)在运动过程中只有一组框架与斜面接触；当β＝π/3时，所述辐条长系数p和所述夹角系数q的关系为：
cos(β1/2)/cos[β1(q-1)/[2(q+1)]]＜p＜cos[β1(q-1)/[2(q+1)]]/cos(β1/2)，
0＜q＜∞
以使得所述非对称无边轮模型(11)在转动过程中，所述框架I(111)和所述框架II(112)中的辐条交替与斜面发生碰撞。


4.根据权利要求2所述的一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，其特征在于，S2的具体内容包括：
将辐条末端位置可达区域(21)分为左半域(211)和右半域(212)；在所述左半域(211)中所述夹角系数q的取值范围为(1，∞)，在所述右半域(212)中所述夹角系数q的取值范围为(0,1)；依据所述模型参数σ，将所述左半域(211)分为分区域I、分区域II、分区域III、分区域IV，以对应于不同的系统稳定运动特征；所述右半域(212)与所述左半域(211)对称，采用相同划分方式；
对于所述分区域I，所述辐条长系数p的取值范围为:
cos(β1/2)/cos[β1(q-1)/[2(q+1)]]＜cos(β1)
对于所述分区域II，所述辐条长系数p的取值范围为:
cos(β1)＜p＜1
对于所述分区域III，所述辐条长系数p的取值范围为:
1＜p＜1/cos(β1)
对于所述分区域III，所述辐条长系数p的取值范围为:
1/cos(β1)＜p＜cos[β1(q-1)/[2(q+1)]]/cos(β1/2)
当所述夹角系数q为常数时，随着所述辐条长系数p增加，所述辐条L2的末端位置依次位于所述分区域I、所述分区域II、所述分区域III、所述分区域IV；
若位于所述分区域I、所述分区域II中，所述辐条L2的长度小于所述辐条L1的长度；
若位于所述分区域III、所述分区域IV中，所述辐条L2的长度大于所述辐条L1的长度。


5.根据权利要求4所述的一种非对称无边轮模型被动节律行走的稳定性调节方法，其特征在于，S3的具体内...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文川，俞佳程，孙翊，马书根，袁建军，蒲华燕，张泉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31