一种动力式双足机器人行走方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是基于被动行走原理的一种双足动力式行走方法，通过在机器人支撑腿上加入动力，实现动力式双足机器人的开环行走控制。
技术介绍
如何实现快速、稳定行走是双足机器人研究中的重点和难点。目前，双足机器人的行走方法主要包括静态行走，ZMP行走，以及极限环行走。其中静态行走是出现最早的也是最基础的一种行走方法，其要求行走过程中机器人的质心始终保持在地面上双脚构成的多边形以内，这种方法很容易保持机器人的稳定，但也极大的限制了机器人的行走速度。ZMP理论要求机器人的零矩点始终保持在双脚构成的多边形以内，这种方法在一定程度上比静态行走减少了人为约束，在样机应用上取得了巨大的成功，包括本田公司的ASIMO，日本AIST研究所的HRP4，以及索尼公司的Qrio等。然而，根据ZMP理论设计的机器人在自然步态和能量效率等方面很难再有突破。极限环行走是近年来出现的一种新的行走理念，它的提出受到了人类行走的启发，要求周期性的步态序列是轨道稳定的，即步态序列可以在状态空间中形成一个稳定的极限环，但在步态周期中的任意瞬时并不具备局部稳定性。这种方法对机器人的人为约束较少，充分地利用了重力...
【技术保护点】
一种动力式双足机器人行走方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤（１），构造一个双足机器人，其步骤如下：步骤（１．１），建立躯干与第一大腿以及第二大腿的连接：该躯干与左右同轴放置的第一髋关节电机以及第二髋关节电机的本体分别固定连接，而所述第一髋关节电机的转动输出轴与所述第一大腿连接，所述第二髋关节电机的转动输出轴与所述第二大腿连接，步骤（１．２），建立所述第一大腿与第一小腿，第二大腿与第二小腿的连接：该所述第一大腿的末端与第一膝关节电机的本体固定连接，该第一膝关节电机的转动输动腿保持不变，所以β为一固定常数，当所述等效摆动腿（７）位于等效支撑腿（４）之前时θ＞０，之后时θ＜...
【技术特征摘要】
1.一种动力式双足机器人行走方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤(1)，构造一个双足机器人，其步骤如下：步骤(1.1)，建立躯干与第一大腿以及第二大腿的连接：该躯干与左右同轴放置的第一髋关节电机以及第二髋关节电机的本体分别固定连接，而所述第一髋关节电机的转动输出轴与所述第一大腿连接，所述第二髋关节电机的转动输出轴与所述第二大腿连接，步骤(1.2)，建立所述第一大腿与第一小腿，第二大腿与第二小腿的连接：该所述第一大腿的末端与第一膝关节电机的本体固定连接，该第一膝关节电机的转动输出轴与第一小腿连接，该所述第二大腿的末端与第二膝关节电机的本体固定连接，该第二膝关节电机的转动输出轴与第二小腿连接，步骤(1.3)，在步骤(1.1)、步骤(1.2)中所述的四个电机均采用伺服电机，分别用Ship1、Ship2表示所述第一髋关节电机和第二髋关节电机的旋转角度，分别用Sknee1、Sknee2表示所述第一膝关节电机和第二膝关节电机的旋转角度，并用一个上位机控制所述四个电机，其中：所述Ship1为所述第一大腿与躯干垂直方向的夹角，当该第一大腿的末端位于躯干前方时Ship1＞0，而位于躯干后方时Ship1＜0，所述Ship2为所述第二大腿与躯干垂直方向的夹角，当该第二大腿的末端位于躯干前方时Ship2＞0，而位于躯干后方时Ship2＜0，所述Sknee1为所述第一小腿与第一大腿之间的夹角，当该第一小腿相对于第一大腿向后弯曲时Sknee1＞0，两者同一直线时Sknee1＝0，所述Sknee2为所述第二小腿与第二大腿之间的夹角，当该第二小腿相对于第二大腿向后弯曲时Sknee2＞0，两者同一直线时Sknee2＝0，步骤(1.4)，该步骤(1.1)、步骤(1.2)、步骤(1.3)中所述各个电机的控制信号输入端分别与一个上位机的控制信号输出端相连；步骤(2)，在所述上位机内设定一个步态周期T，所述步态周期T指从一步开始时刻到摆动腿碰撞所经历的时间，其中，开始时刻t＝0是指视作第二大腿的摆动腿离地的瞬间，碰撞时刻t＝T是指摆动腿与地面发生碰撞，即一个步态周期结束，下一个步态周期开始的瞬间，在这一瞬间，此时视为第二大腿的支撑腿变为摆动腿，而之前的摆动腿变为支撑腿，所述行走参数包括：θ、α、β，单位为角度，其中：θ，为等效支撑腿(4)与等效摆动腿(7)之间的夹角，所述等效支撑腿(4)用由支撑腿大腿(2)的顶部到该支撑腿小腿(3)末端的连线表示，等效摆动腿(7)用由摆动腿大腿(5)的顶部到该摆动腿小腿(6)末端的连线表示，α，为所述支撑腿大腿(2)与等效支撑腿(4)之间的夹角，决定等效支撑腿(4)的长度，β，为所述摆动腿大腿(5)与等效摆动腿(7)之间的夹角，决定等效摆动腿(7)的长度，在行走过程中，摆动腿保持不变，所以β为一固定常数，当所述等效摆动腿(7)位于等效支撑腿(4)之前时θ＞0，之后时θ＜0，当所述支撑腿的膝关节弯曲时α＞0，支撑腿膝关节伸直时α＝0，当所述摆动腿的膝关节弯曲时β＞0，摆动腿膝关节伸直时β＝0；步骤(3)，在所述上位机中，在所述一个步态周期中，设置五个关键帧，两个关键关节角度θ和α；第一关键帧，位于t＝0时，决定机器人一步的初始姿态，其中，θ＝-θ0，θ0为一非负常数，表示t＝0时所述两条等效腿之间的夹角，决定了步幅的大小；α＝α0，α0为一非负常数，表示t＝0是所述支撑腿大腿相对于等效支撑腿的弯曲角度，第二关键帧，位于t＝T1时，其中：α＝α0，与第一关键帧中的α相同，表示等效支撑腿的长度在第一关键帧和第二关键帧之间保持不变，这一关键帧表示的是支撑腿伸直的起点，第三关键帧，位于t＝T2时，其中：α＝0，表示支撑腿膝关节伸直，髋部质心上升到最高点。从第二个关键帧到第三个关键帧是支撑腿伸长的过程，是给系统补入能量的过程，并且由于此时摆动腿膝关节还处于弯曲状态，所以能避免在行走过程中摆动腿小腿与地面发生碰撞，第四关键帧，位于t＝T3时，其中：α＝α0，表示支撑腿膝关节弯曲回原状态，从第三个关键帧到第四个关键帧是支撑腿缩短的过程，这是为了保证碰撞时两腿等长，以及在下一步支撑腿变为摆动腿的时候保持弯曲状态，第五关键帧，位于t＝T时，决定碰撞时刻的机器人姿态，其中：θ＝θ0，表示碰撞时刻两等效腿之间的夹角；α＝α0，从第四关键帧到第五关键帧，支撑腿...
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