一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法，首先根据双足机器人质量M在躯体的分布位置建立质心模型，并用所述质心模型描述双足机器人运动轨迹，其次通过双足机器人运动过程中空间位置矢量与质心重力矢量的笛卡尔积构建关节执行器负载转矩方程，并基于关节执行器轴线方位得到关节执行器的轴向负载转矩τ(n)，最终在双足机器人运动过程中，根据双足机器人关节执行器角速度ω(n)与轴向负载转矩τ(n)建立能耗指标函数E。本发明专利技术克服了双足机器人各关节执行器瞬时功率损耗难以测取的问题，使用双足机器人运动规划算法中易于获得的参数，构建描述机器人运动过程中能量消耗的指标函数，可快速、准确的评价不同算法的优劣。算法的优劣。算法的优劣。

【技术实现步骤摘要】
一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法


[0001]本专利技术涉及双足机器人运动设计领域，具体涉及一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法。

技术介绍

[0002]双足机器人运动过程中产生的能耗包括驱动关节执行器运行的运动耗损和用于传感器及控制器工作的非运动能耗。通常，运动耗损是系统能耗的主要部分，其值为所有关节执行器瞬时功率向量对时间的积分，非运动能耗一般表现为时间的线性函数。
[0003]双足机器人一般由众多的关节执行器驱动连杆构成，准确的测量节关节执行器瞬时功率并不容易。考虑到关节执行器瞬时功率等于关节执行器输出功率与附加损耗之和，而关节执行器输出功率作为主要组成部分其数值可视为关节执行器输出转矩与关节执行器角速度的乘积，双足机器人运动时，电机输出转矩用于克服负载转矩对执行器转轴形成的阻力。
[0004]一般情况下，双足机器人运动规划过程中关节执行器角速度和负载转矩易于获得，若以关节执行器角速度和负载转矩为基础构建双足机器人运动规划算法的能量消耗函数，可在算法优化过程中应用计算机仿真技术快速计算，适用于评价不同运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据双足机器人质量M在躯体的分布位置建立质心模型，并用所述质心模型描述双足机器人运动轨迹；步骤2：通过双足机器人运动过程中空间位置矢量与质心重力矢量的笛卡尔积构建关节执行器负载转矩方程，并基于关节执行器轴线方位得到关节执行器的轴向负载转矩τ(n)；步骤3：双足机器人运动在步态周期N内，根据双足机器人关节执行器角速度ω(n)与轴向负载转矩τ(n)建立能耗指标函数E，所述能耗指标函数E用于评价双足机器人步态能耗。2.根据权利要求1所述的一种基于质心模型的双足机器人步态能耗评估方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：步骤1.1：根据双足机器人质量M在躯体的分布位置，通过公式(1)建立质心模型：其中，m
j
表示双足机器人的第j个质心，j＝1，2，
…
，K；步骤1.2：根据所述双足机器人的质心m
j
以及双足机器人运动过程中采样点n时刻的位置分别构建质心向量m和质心位置矩阵R
m
(n)，如式(2)和(3)表示：示：3.根据权利要求1所述一种基于质心型的质心模型双足机器人能量消耗评估方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1：在不失一般性前提下，双足机器人为由L个关节执行器驱动的连杆构成，在双足机器人运动过程中第i个关节执行器的位置为则第i个关节执行器负载转矩如公式(4)表示：其中，表示第i个关节执行器位置与第j个质心位置之间的空间位置矢量，为第j个质心重力矢量，g＝9.81m/s2，为第i个关节执行器驱动的连杆对第j个质心的支撑系数，所述支撑系数表示完全支撑、支撑系数表示分担支撑、支撑系数表示不支撑，关节执行器负载转矩表示为所述空间位置矢量与质心重力矢量的笛卡尔积之和；步骤2.2：双足机器人运动中第i个关节执行器的轴向单位向量为基于公式(4)，则第i个关节执行器轴向负载转矩τ...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志强，侯媛彬，柴秀丽，孟芸，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：