專利名稱：一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，尤其涉及實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人快速行走的一種開環(huán)控制方法。

背景技術(shù)：
目前，雙足機(jī)器人的行走方法主要包括靜態(tài)行走，ZMP行走，以及極限環(huán)行走。其中靜態(tài)行走是出現(xiàn)最早的也是最基礎(chǔ)的一種行走方法，其要求行走過程中機(jī)器人的質(zhì)心始終保持在地面上雙腳構(gòu)成的多邊形以內(nèi)，這種方法很容易保持機(jī)器人的穩(wěn)定，但也極大的限制了機(jī)器人的行走速度。ZMP行走要求機(jī)器人的零矩點(diǎn)始終保持在雙腳構(gòu)成的多邊形以內(nèi)，這種方法在一定程度上比靜態(tài)行走減少了人為約束，因此在一些機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)了較高速度的行走。目前，ZMP行走的成功實(shí)例包括本田公司的ASIMO，日本AIST研究所的HRP3，以及索尼公司的Qrio等。但是與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相似，ZMP行走仍然采用了較多的人為約束，因此在能量效率、行走速度、抗干擾能力、以及步態(tài)自然性等方面很難再有突破。
極限環(huán)行走是近年來出現(xiàn)的一種新的行走理念，它的提出受到了人類行走的啟發(fā)，要求周期性的步態(tài)序列是軌道穩(wěn)定的，即步態(tài)序列可以在狀態(tài)空間中形成一個(gè)穩(wěn)定的極限環(huán)，但在步態(tài)周期中的任意瞬時(shí)并不具備局部穩(wěn)定性。這種方法對(duì)機(jī)器人的人為約束較少，充分地利用了機(jī)器人自身的動(dòng)力學(xué)特性，因而具有較大的空間提高機(jī)器人的能量效率、行走速度、以及抗干擾能力。目前，采用極限環(huán)行走原理的成功實(shí)例包括MIT的Spring Flamingo及其虛擬模型控制方法，法國科學(xué)院的Rabbit及其混合零動(dòng)力學(xué)控制方法，Geng等人的RunBot及其中樞神經(jīng)控制方法，以及CMU的雙足機(jī)器人及其再勵(lì)學(xué)習(xí)方法等。這些機(jī)器人在行走速度、能量效率、以及抗干擾能力等方面實(shí)現(xiàn)了較大的突破，但步態(tài)生成方法較為繁瑣，有些則需要使用機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求較高。
被動(dòng)行走是極限環(huán)行走的一種典型范例，機(jī)器人沿微傾的斜坡向下行走，不需要施加任何控制，斜坡提供的重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人行走所需的動(dòng)能。被動(dòng)行走生成的步態(tài)非常自然，能量效率可以達(dá)到人類的水平，約是ZMP行走機(jī)器人ASIMO的十幾分之一。為了將被動(dòng)行走在平地實(shí)現(xiàn)，Cornell大學(xué)使用了在機(jī)器人腳踝處增加激勵(lì)的方法，在每步擺動(dòng)腿與地面發(fā)生碰撞后腳掌蹬地，為行走注入能量。Deflt大學(xué)則采用了在擺動(dòng)腿與地面碰撞前夾緊髖關(guān)節(jié)的做法，同樣達(dá)到了補(bǔ)入能量的目的。但是以上兩種方法的能量補(bǔ)入時(shí)機(jī)均位于碰撞時(shí)刻前后，能量為瞬時(shí)補(bǔ)入，要求具有極高的能量密度，因此在很大程度上限制了機(jī)器人的行走速度，同時(shí)這種能量補(bǔ)入方法會(huì)給步態(tài)造成較大的擾動(dòng)，降低了行走的穩(wěn)定性。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法以被動(dòng)行走為基礎(chǔ)，通過在支撐腿前擺過程中伸直支撐腿膝關(guān)節(jié)逐漸提高機(jī)器人的重心，補(bǔ)入重力勢能。這種方法與Cornell大學(xué)及Deflt大學(xué)的做法相比，極大的降低了對(duì)能量密度的要求，同時(shí)消除了在擺動(dòng)腿與地面碰撞瞬間補(bǔ)入能量對(duì)行走穩(wěn)定性造成的影響，因此能夠使機(jī)器人達(dá)到較高的行走速度及穩(wěn)定性。與其他極限環(huán)行走方法相比，本方法只需要開環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)簡單且計(jì)算量非常小，因此適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場合。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種在開環(huán)控制條件下能快速穩(wěn)定行走且能改變步速的雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人模型如圖1所示，其中1為機(jī)器人身體，質(zhì)量為M，2為支撐腿大腿，3為支撐腿小腿，4為等效支撐腿(由支撐腿大腿2的頂端到支撐腿小腿3末端的連線構(gòu)成)，5為擺動(dòng)腿大腿，6為擺動(dòng)腿小腿，7為等效擺動(dòng)腿(由擺動(dòng)腿大腿5的頂端到擺動(dòng)腿小腿6末端的連線構(gòu)成)。機(jī)器人具有三個(gè)關(guān)鍵角度θ、α、β，其中θ為等效支撐腿與等效擺動(dòng)腿之間的夾角，當(dāng)?shù)刃[動(dòng)腿7位于等效支撐腿4之前時(shí)θ＞0，之后時(shí)θ＜0；α為支撐腿大腿2與等效支撐腿4之間的夾角，決定等效支撐腿4的長度，當(dāng)支撐腿膝蓋彎曲時(shí)α＞0，支撐腿膝蓋伸直時(shí)α＝0；β為擺動(dòng)腿大腿5與等效擺動(dòng)腿7之間的夾角，決定等效擺動(dòng)腿7的長度，當(dāng)擺動(dòng)腿膝蓋彎曲時(shí)β＞0，擺動(dòng)腿膝蓋伸直時(shí)β＝0。如此定義關(guān)鍵角度方便的確定兩等效腿之間的夾角及兩等效腿的長度。機(jī)器人的一步行走由擺動(dòng)過程和碰撞組成，其中擺動(dòng)過程指機(jī)器人支撐腿末端著地，以末端為軸向前擺動(dòng)，同時(shí)擺動(dòng)腿在空中由支撐腿后方擺動(dòng)到支撐腿前方；碰撞指擺動(dòng)過程結(jié)束時(shí)擺動(dòng)腿末端與地面發(fā)生瞬間碰撞，同時(shí)支撐腿離地。碰撞后擺動(dòng)腿轉(zhuǎn)換為支撐腿，支撐腿轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)腿。機(jī)器人的一步行走由上一步碰撞后開始，經(jīng)擺動(dòng)過程至碰撞后結(jié)束。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法的能量轉(zhuǎn)換原理如圖2所示，機(jī)器人在一步擺動(dòng)過程中通過逐漸伸直支撐腿膝關(guān)節(jié)而伸長等效支撐腿4的長度，從而為行走補(bǔ)入勢能Ec(圖2(a)，從B點(diǎn)到C點(diǎn))。伸長等效支撐腿4補(bǔ)入的能量Ec可以等效于機(jī)器人沿虛擬的斜坡行走時(shí)重力勢能的減小量Es(圖2(b))。在碰撞前，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)彎曲以縮短等效擺動(dòng)腿7的長度(圖2(b))，使碰撞等效于在虛擬的斜坡上進(jìn)行，同時(shí)又使下一步初始時(shí)刻支撐腿膝關(guān)節(jié)彎曲，為下一步等效支撐腿4的伸長補(bǔ)入能量做好準(zhǔn)備。圖中C點(diǎn)可以與D點(diǎn)重合。碰撞中一定的行走動(dòng)能Er被釋放，如果一步行走中的失能量Er與補(bǔ)入能量Ec相等，行走可以在平地上穩(wěn)定的進(jìn)行。本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法的能量轉(zhuǎn)換原理包括擺動(dòng)過程中伸長等效支撐腿4補(bǔ)入能量以及碰撞前縮短等效擺動(dòng)腿7創(chuàng)造虛擬斜坡兩點(diǎn)。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法的穩(wěn)定性原理如下，穩(wěn)定的步態(tài)需要具備一定的抗擾動(dòng)能力，在本發(fā)明所涉及的行走中存在兩種能量反饋，分別位于伸長等效支撐腿的能量補(bǔ)入過程和碰撞時(shí)的能量釋放時(shí)刻。對(duì)于補(bǔ)入能量反饋，可以用表示其反饋梯度，Qc＞0表示正反饋，Qc＜0表示負(fù)反饋，在一步行走的前半周期伸長等效支撐腿會(huì)導(dǎo)致Qc＞0，在一步的后半周期伸長等效支撐腿會(huì)導(dǎo)致Qc＜0，行走中能量補(bǔ)入的時(shí)刻越晚補(bǔ)入能量負(fù)反饋梯度越強(qiáng)。對(duì)于釋放能量反饋，可以用表示其反饋梯度，Qr＞0表示正反饋，Qr＜0表示負(fù)反饋，在碰撞時(shí)刻擺動(dòng)腿前擺會(huì)導(dǎo)致Qr＞0，在碰撞時(shí)刻擺動(dòng)腿回收會(huì)導(dǎo)致Qr＜0，擺動(dòng)腿回收速度越大釋放能量負(fù)反饋梯度越強(qiáng)。在行走中正反饋對(duì)行走的穩(wěn)定性有不利的影響，一定大小的負(fù)反饋可以增強(qiáng)行走的穩(wěn)定性，本發(fā)明所述雙足機(jī)器人行走方法的穩(wěn)定性原理要求兩種反饋的和作用為負(fù)反饋，即Qc+Qr＜0。
為實(shí)現(xiàn)快速的行走，機(jī)器人需要主動(dòng)的將擺動(dòng)腿前擺以提高步頻，結(jié)合以上所述的能量轉(zhuǎn)換原理和穩(wěn)定性原理，本發(fā)明所涉及的行走方法特征在于(1)在一步開始后(圖2(a)，A點(diǎn)之后)機(jī)器人的擺動(dòng)腿主動(dòng)前擺；(2)在擺動(dòng)過程的后半周期(圖2(a)，從B點(diǎn)到C點(diǎn))伸長等效支撐腿補(bǔ)充能量；(3)在一步碰撞前(圖2(a)，D點(diǎn)之前)縮短等效擺動(dòng)腿創(chuàng)造虛擬斜坡；以及(4)在一步碰撞時(shí)(圖2(a)，D點(diǎn)處)擺動(dòng)腿主動(dòng)回收。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的行走，步態(tài)只需滿足兩個(gè)行走條件，其中涉及到的狀態(tài)參數(shù)意義如下。
M身體質(zhì)量(圖3(a，b))； T步態(tài)周期，從一步初始時(shí)刻到碰撞所經(jīng)歷的時(shí)間； t一步中的時(shí)間變量，t＝0為一步初始時(shí)刻，t＝T為一步碰撞時(shí)刻； r擺動(dòng)過程中等效支撐腿的長度，t＝0時(shí)其長度為r1，t＝T時(shí)其長度為r2，同時(shí)r1也是等效擺動(dòng)腿在t＝T時(shí)的長度，r2也是等效擺動(dòng)腿在t＝0時(shí)的長度； r′ 擺動(dòng)過程中等效支撐腿r的伸長速度； θ0 t＝0及t＝T時(shí)等效支撐腿與等效擺動(dòng)腿之間的夾角(圖3(a，b))； t＝0時(shí)等效支撐腿的傾角(圖3(a))； ω0 t＝0時(shí)等效支撐腿的擺動(dòng)角速度(圖3)； η＝-θ0′T/θ0 碰撞時(shí)等效擺動(dòng)腿的相對(duì)回收角速度，即t＝T時(shí)等效擺動(dòng)腿相對(duì)于等效支撐腿的擺動(dòng)角速度θ0′與一步擺動(dòng)過程中支撐腿平均擺動(dòng)角速度θ0/T之比的相反數(shù)； g重力加速度。
為實(shí)現(xiàn)行走，以上各狀態(tài)參數(shù)并不需要設(shè)定或測量，在本發(fā)明的后續(xù)部分將給出一種步態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，通過設(shè)定四個(gè)參數(shù)即可使行走條件得到滿足，兩個(gè)行走條件的具體表述如下。
(1)每步行走伸長等效支撐腿補(bǔ)入的能量Ec與碰撞損失的能量Er相等 Ec＝Er (1) 其中 伸長等效支撐腿補(bǔ)入的能量，產(chǎn)生于擺動(dòng)過程； 碰撞損失的能量，產(chǎn)生于碰撞時(shí)刻， (2)補(bǔ)入能量反饋梯度與損失能量反饋梯度之和為負(fù) Qc+Qr＜0 (2) 其中 補(bǔ)入能量反饋梯度，產(chǎn)生于擺動(dòng)過程； 損失能量反饋梯度，產(chǎn)生于碰撞時(shí)刻。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法的特征在于，依次含有以下步驟 步驟(1)，構(gòu)造一個(gè)雙足機(jī)器人，如圖4所示，其步驟如下 步驟(1.1)，建立軀干1與第一大腿4以及第二大腿5的連接該軀干1與左右同軸放置的第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)2以及第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)3的本體分別固定連接，而所述第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與所述第一大腿4連接，所述第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與所述第二大腿5連接， 步驟(1.2)，建立所述第一大腿4與第一小腿7，第二大腿5與第二小腿9的連接該所述第一大腿4的末端與第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)6的本體固定連接，該第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與第一小腿7連接，該所述第二大腿5的末端與第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)8的本體固定連接，該第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與第二小腿9連接， 步驟(1.3)，在步驟(1.1)、步驟(1.2)中所述的四個(gè)電機(jī)均采用伺服電機(jī)，分別用Ship1、Ship2表示所述第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)2和第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)角度，分別用Sknee1、Sknee2表示所述第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)6和第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)8的旋轉(zhuǎn)角度，并用一個(gè)上位機(jī)控制所述四個(gè)電機(jī)，其中所述Ship1為所述第一大腿4與軀干1垂直方向的夾角，當(dāng)該第一大腿4的末端位于軀干1前方時(shí)Ship1＞0，而位于軀干1后方時(shí)Ship1＜0，所述Ship2為所述第二大腿5與軀干1垂直方向的夾角，當(dāng)該第二大腿5的末端位于軀干1前方時(shí)Ship2＞0，而位于軀干1后方時(shí)Ship2＜0；所述Sknee1為所述第一小腿7與第一大腿4之間的夾角，當(dāng)該第一小腿7相對(duì)于所述第一大腿4向后彎曲時(shí)Sknee1＞0，兩者平行時(shí)Sknee1＝0，所述Sknee2為所述第二小腿9與第二大腿5之間的夾角，當(dāng)該第二小腿9相對(duì)于所述第二大腿5向后彎曲時(shí)Sknee2＞0，兩者平行時(shí)Sknee2＝0， 步驟(1.4)，該步驟(1.1)、步驟(1.2)、步驟(1.3)中所述各個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端分別與一個(gè)上位機(jī)的控制信號(hào)輸出端相連； 步驟(2)，在所述上位機(jī)內(nèi)設(shè)定一個(gè)步態(tài)周期T，在T內(nèi)所述機(jī)器人具有以下行走參數(shù)，0.2s＜T＜0.5s，取初始值T＝0.3s，所述步態(tài)周期T指從一步開始時(shí)刻到碰撞所經(jīng)歷的時(shí)間，其中，開始時(shí)刻t＝0是指視作第二大腿的擺動(dòng)腿離地的瞬間，碰撞是指擺動(dòng)腿與地面發(fā)生碰撞，該碰撞時(shí)刻t＝T，表示一個(gè)步態(tài)周期的結(jié)束，下一步態(tài)周期開始，此時(shí)視為第二大腿的支撐腿變?yōu)閿[動(dòng)腿，而前一個(gè)步態(tài)周期的支撐腿變?yōu)閿[動(dòng)腿，所述行走參數(shù)包括θ、α、β，單位為角度，如圖1所示，其中θ為等效支撐腿4與等效擺動(dòng)腿7之間的夾角；α為所述支撐腿大腿2與等效支撐腿4之間的夾角；β為所述擺動(dòng)腿大腿5與等效擺動(dòng)腿7之間的夾角，當(dāng)所述等效擺動(dòng)腿7位于等效支撐腿4之前時(shí)θ＞0，之后時(shí)θ＜0；當(dāng)所述支撐腿的膝關(guān)節(jié)彎曲時(shí)α＞0，支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)α＝0；當(dāng)所述擺動(dòng)腿的膝關(guān)節(jié)彎曲時(shí)β＞0，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)β＝0； 步驟(3)，在所述上位機(jī)中，在所述一個(gè)步態(tài)周期T內(nèi)，設(shè)置以下三個(gè)關(guān)鍵幀，如圖5所示 第一關(guān)鍵幀(圖5(a))，位于t＝0時(shí)，決定機(jī)器人一步的初始姿態(tài)，其中θ＝-θ0，θ0為一非負(fù)常數(shù)，表示t＝0時(shí)所述兩條等效腿之間的夾角，決定步幅大小，0°＜θ0＜60°，取初始值θ0＝30°；α＝α0，α0為一非負(fù)常數(shù)，表示t＝0時(shí)所述支撐腿大腿2相對(duì)于等效支撐腿4的旋轉(zhuǎn)角度，取初始值α0＝θ0/2；β＝0，表示擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)伸直， 第二關(guān)鍵幀(圖5(b))，位于t＝T/2時(shí)，其中θ＝0，表示所述等效支撐腿4與等效擺動(dòng)腿7平行；α＝α0，與第一關(guān)鍵幀中的α相同，表示等效支撐腿4的長度在第一關(guān)鍵幀和第二關(guān)鍵幀之間保持不變；β＝β0，β0為一非負(fù)常數(shù)，表示一步中間時(shí)刻擺動(dòng)腿大腿5相對(duì)于等效擺動(dòng)腿7的旋轉(zhuǎn)角度，以防止一步行走過程中擺動(dòng)腿小腿與地面相碰，所述β0在α0+5°＜β0＜α0+25°中選取，設(shè)β0＝α0+15°，決定擺動(dòng)腿小腿6末端的抬高高度， 第三關(guān)鍵幀(圖5(c))，位于t＝T時(shí)，決定碰撞時(shí)刻的機(jī)器人姿態(tài)，其中θ＝θ0，表示碰撞時(shí)刻兩等效腿之間的夾角；α＝0，表示支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直，為行走補(bǔ)入能量；β＝α0，表示擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)彎曲，準(zhǔn)備與地面碰撞，在t＝T時(shí)發(fā)生碰撞； 步驟(4)，所述上位機(jī)依次按以下步驟控制所述機(jī)器人行走，行走步數(shù)為n，每行走一步用時(shí)一個(gè)步態(tài)周期T 步驟(4.1)，設(shè)定T＝0.3s，以及在所述三個(gè)關(guān)鍵幀的時(shí)刻t＝0，t＝T/2，t＝T時(shí)所述θ、α、β的值， 步驟(4.2)，設(shè)定Δt為計(jì)算步長，i為計(jì)算次數(shù)，行走時(shí)i從0開始，按下式計(jì)算每隔Δt時(shí)間所述θ、α、β的值，從而得到θ＝fθ(t)，α＝fα(t)，β＝fβ(t)三條曲線，如圖6所示，其中0≤t≤T，變量θ、α、β關(guān)于t的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)， 步驟(4.3)，在上述上位機(jī)中，按下式計(jì)算當(dāng)步數(shù)為n時(shí)，以所述行走參數(shù)θ、α、β為變量，所述機(jī)器人中各個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，以實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人的行走控制，公式中當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，Ship1、Sknee1分別為所述支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，Ship2、sknee2分別為所述擺動(dòng)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，Ship2、Sknee2分別為所述支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，Ship1、Sknee1分別為所述擺動(dòng)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，也就是說當(dāng)n由奇數(shù)變?yōu)樵撈鏀?shù)加1所形成的偶數(shù)時(shí)，作為第一大腿的支撐腿與作為第二大腿的擺動(dòng)腿在一步行走結(jié)束后互換。
以上所述的β0按以下方式取值當(dāng)θ0＞40°時(shí)，α0+20°＜β0＜α0+25°，當(dāng)θ0＜10°時(shí)，α0+5°＜β0＜α0+10°，當(dāng)10°＜θ0＜40°時(shí)，α0+10°＜β0＜α0+20°。
若操作人員發(fā)現(xiàn)以下情況，予以分別處理如所述機(jī)器人從t＝0時(shí)開始行走后向前摔倒，說明α0過大，補(bǔ)入的能量過大，使α0減1°，如此重復(fù)，直到該機(jī)器人能夠行走為止；如所述機(jī)器人從t＝0時(shí)開始行走后向后摔倒，說明α0過小，補(bǔ)入的能量過小，使α0加1°，如此重復(fù)，直到該機(jī)器人能夠行走為止。
若操作人員在t＝T時(shí)發(fā)現(xiàn)以下情況，予以分別處理如述機(jī)器人身體前傾，說明碰撞時(shí)刻過早，使α0減0.2°，如此重復(fù)，直到碰撞時(shí)機(jī)器人身體豎直為止；如所述機(jī)器人身體后傾，說明碰撞時(shí)刻過晚，使α0加0.2°，如此重復(fù)，直到碰撞時(shí)機(jī)器人身體豎直為止。
若無論操作人員如何調(diào)整，都不能使所述機(jī)器人行走穩(wěn)定，或者能夠行走，但需要改變步速，則把θ0增加或減小10°，或者把T增加或減小0.1s，重復(fù)步驟(2)及步驟(4)，從而得到不同的步幅及步態(tài)周期，實(shí)現(xiàn)不同速度的行走。
本發(fā)明所述的步態(tài)設(shè)計(jì)方法參數(shù)數(shù)量少，而且均具有明確的物理意義，使得參數(shù)的調(diào)節(jié)非常容易，同時(shí)，關(guān)鍵幀之間可以使用簡單的光滑曲線連接，使步態(tài)的生成非常簡單。在試驗(yàn)中，機(jī)器人的單個(gè)步態(tài)達(dá)到了4.48腿長/秒的相對(duì)行走速度，即機(jī)器人每秒鐘的行走距離是自身腿長的4.48倍，此結(jié)果是世界上最快的雙足機(jī)器人相對(duì)行走速度，比之前RunBot創(chuàng)造的記錄提高了29％，同時(shí)，機(jī)器人的多個(gè)步態(tài)實(shí)現(xiàn)了從1.24腿長/秒到3.88腿長/秒的連續(xù)變速行走，此結(jié)果在雙足機(jī)器人行走領(lǐng)域也是前所未有的。



圖1為機(jī)器人模型的示意圖。
圖2為行走的能量轉(zhuǎn)換原理圖，其中圖2(a)示出一步行走過程及能量補(bǔ)入原理，圖2(b)示出能量釋放原理。
圖3為行走狀態(tài)參數(shù)的示意圖，其中圖3(a)示出一步初始時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)，圖3(b)示出一步碰撞時(shí)刻狀態(tài)參數(shù)。
圖4為機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖及四個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)角的示意圖，其中圖4(a)示出機(jī)器人側(cè)視圖，其中圖4(b)示出機(jī)器人側(cè)前圖。
圖5為步態(tài)關(guān)鍵幀的示意圖，其中圖5(a)示出第一關(guān)鍵幀，圖5(b)示出第二關(guān)鍵幀，圖5(c)示出第三關(guān)鍵幀。
圖6為3個(gè)關(guān)鍵角的變化曲線，其中實(shí)線示出θ的軌跡，虛線示出α的軌跡，點(diǎn)劃線示出β的軌跡。
具體實(shí)施方法 圖4為本發(fā)明所使用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和四個(gè)關(guān)節(jié)角的示意圖，其中1為軀干，與左右同軸放置的兩個(gè)髖關(guān)節(jié)電機(jī)2、3的本體固定連接，兩個(gè)髖關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸分別與兩個(gè)大腿4、5連接，大腿4的末端與膝關(guān)節(jié)電機(jī)6的本體固定連接，膝關(guān)節(jié)電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與小腿7連接，大腿5的末端與膝關(guān)節(jié)電機(jī)8的本體固定連接，膝關(guān)節(jié)電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與小腿9連接。此機(jī)器人具有四個(gè)自由度，分別位于兩個(gè)髖關(guān)節(jié)電機(jī)2、3及兩個(gè)膝關(guān)節(jié)電機(jī)6、8的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。四個(gè)電機(jī)均踩用伺服電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)角度分別用Ship1、Ship2、Sknee1、Sknee2表示(圖4(a))，其中Ship1為大腿4與軀干1垂直方向的夾角，當(dāng)大腿4末端位于軀干1前方時(shí)Ship1＞0，大腿4末端位于軀干1后方時(shí)Ship1＜0；Ship2為大腿5與軀干1垂直方向的夾角，當(dāng)大腿5末端位于軀干1前方時(shí)Ship2＞0，大腿5末端位于軀干1后方時(shí)Ship2＜0；Sknee1為小腿7與大腿4之間的夾角，當(dāng)小腿7相對(duì)于大腿4向后彎曲時(shí)Sknee1＞0，小腿7與大腿4平行時(shí)Sknee1＝0；Sknee2為小腿9與大腿5之間的夾角，當(dāng)小腿9相對(duì)于大腿5向后彎曲時(shí)Sknee2＞0，小腿9與大腿5平行時(shí)Sknee2＝0。
本發(fā)明所述雙足機(jī)器人行走方法的實(shí)現(xiàn)只需三個(gè)關(guān)鍵幀，如圖5所示，其中圖5(a)為第一關(guān)鍵幀，位于t＝0時(shí)刻，此時(shí)等效支撐腿4與等效擺動(dòng)腿7之間的夾角θ＝-θ0，θ0為一非負(fù)常數(shù)，表示一步初始時(shí)刻兩等效腿之間的夾角，支撐腿大腿2與等效支撐腿4之間的夾角α＝α0，α0為一非負(fù)常數(shù)，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)伸直，擺動(dòng)腿大腿與等效擺動(dòng)腿之間的夾角β＝0；圖5(b)為第二關(guān)鍵幀，位于t＝T/2時(shí)刻，圖中等效支撐腿4與等效擺動(dòng)腿7平行θ＝0，支撐腿膝關(guān)節(jié)彎曲，使α＝α0，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)彎曲以防止擺動(dòng)過程中與地面相碰，使β＝β0，β0為一非負(fù)常數(shù)；圖5(c)為第三關(guān)鍵幀，位于t＝T時(shí)刻，此時(shí)θ＝θ0，支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直α＝0，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)彎曲準(zhǔn)備與地面碰撞，使β＝α0。此三個(gè)關(guān)鍵幀中，第一關(guān)鍵幀決定了一步初始時(shí)刻的姿態(tài)，第三關(guān)鍵幀決定了一步碰撞時(shí)刻的姿態(tài)，同時(shí)也決定了步幅的大小。第一、三關(guān)鍵幀中兩等效腿的長度決定了一步中支撐腿伸長量的大小，從而決定了補(bǔ)入能量的多少。第二關(guān)鍵幀設(shè)置于t＝T/2時(shí)刻，且其α值與第一關(guān)鍵幀相同，均為α＝α0，可以保證機(jī)器人的等效支撐腿長度在第一二關(guān)鍵幀之間保持不變，在二三關(guān)鍵幀之間逐漸伸長，從而使等效支撐腿在擺動(dòng)的后半周期伸長，以保證Qc＜0。以上三個(gè)關(guān)鍵幀的形狀由θ0、α0、β0確定，其中θ0決定步幅大小，α0決定等效支撐腿4的伸長量即補(bǔ)入能量的多少，β0決定擺動(dòng)腿小腿6末端的抬高高度，三個(gè)關(guān)鍵幀之間的時(shí)間間隔由步態(tài)周期T決定，θ0、α0、β0、T即為行走中需要設(shè)定的四個(gè)參數(shù)。在以上四個(gè)參數(shù)中β0的取值只需滿足β0＞α0+C，C為一正常數(shù)，即可使擺動(dòng)過程中擺動(dòng)腿小腿6末端高于地面，在擺動(dòng)過程中不與地面發(fā)生干涉。在實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)θ0、T和α0三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以使行走條件(1)Ec＝Er得到滿足。同時(shí)α0的大小決定了補(bǔ)入能量的多少，從而決定了等效支撐腿的前擺速度。在滿足行走條件(1)的范圍內(nèi)調(diào)整α0可以使碰撞時(shí)刻略微滯后，使碰撞時(shí)刻發(fā)生在擺動(dòng)腿回收期間，Qω＜0，從而使行走條件(2)得以滿足。此時(shí)雖然θ略小于θ0，但偏差可忽略不計(jì)，θ≈θ0。
在行走中圖1所示三個(gè)關(guān)鍵角θ、α、β的值按照以上所述的三個(gè)關(guān)鍵幀計(jì)算，其運(yùn)動(dòng)軌跡即為三個(gè)關(guān)鍵幀之間的連接曲線。為保證機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角速度連續(xù)，關(guān)鍵幀之間使用光滑曲線連接，即曲線的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。圖6給出了一種使用直線和正弦曲線連接的方式，其中圓圈表示關(guān)鍵幀的位置，但本發(fā)明的權(quán)利要就范圍并不局限于這種連接方式。
本發(fā)明所述的雙足機(jī)器人行走方法的實(shí)現(xiàn)為以下兩個(gè)步驟的迭代過程(1)上位機(jī)控制行走階段；(2)人工參數(shù)調(diào)節(jié)階段。在階段(1)中首先由人工設(shè)定一組θ0、α0、β0、T，其初始值的選擇方法如下首先確定θ0和T使0°＜θ0＜60°，0.2s＜T＜0.5s，初次行走建議將θ0置于30°左右，T置于0.3s左右，之后取α0＝θ0/2，并設(shè)定β0的表達(dá)式，可在α0+5°到α0+25°之間根據(jù)θ0的大小選取，一般θ0取值較大θ0＞40°時(shí)β0可取α0+20°＜β0＜α0+25°，θ0取值較小θ0＜10°時(shí)β0可取α0+5°＜β0＜α0+10°，10°＜θ0＜40°時(shí)可取α0+10°＜β0＜α0+20°。在此以θ0＝30°，T＝0.3s為例，取α0＝θ0/2＝15°，之后設(shè)定關(guān)系式β0＝α0+15°并計(jì)算得β0＝30°，但是如果發(fā)現(xiàn)在行走的擺動(dòng)過程中機(jī)器人擺動(dòng)腿與地面摩擦則應(yīng)增大β0，比如將其改變?yōu)棣?＝α0+20°。在確定θ0、α0、β0、T之后作為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)根據(jù)四個(gè)參數(shù)的值使用光滑曲線連接關(guān)鍵幀。對(duì)于圖5所示使用直線及正弦曲線連接的方法，其連接公式如上述(3)(4)式所示，其中Δt為計(jì)算步長，i為計(jì)算次數(shù)。行走時(shí)i從0開始，計(jì)算機(jī)每隔Δt時(shí)間按照(3)(4)計(jì)算θ、α、β三個(gè)角度值，并使i加1，之后通過上述(5)(6)式將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的四個(gè)電機(jī)角度值，并發(fā)送給機(jī)器人上的各個(gè)電機(jī)，使其按指定的運(yùn)動(dòng)軌跡旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)行走動(dòng)作。(5)(6)式中n為行走步數(shù)，每次行走開始后n從1開始計(jì)數(shù)，每循環(huán)計(jì)算圖5中的曲線一次n加1，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)圖4中的Ship1、Sknee1為支撐腿關(guān)節(jié)角，Ship2、Sknee2為擺動(dòng)腿關(guān)節(jié)角，n為偶數(shù)時(shí)Ship2、Sknee2為支撐腿關(guān)節(jié)角，Ship1、Sknee1為擺動(dòng)腿關(guān)節(jié)角。待機(jī)器人置于空中開始動(dòng)作后將其放于地面行走并觀察行走效果，如果機(jī)器人摔倒或碰撞時(shí)身體傾斜則轉(zhuǎn)入階段(2)。
階段(2)為人工參數(shù)調(diào)整階段，在此階段中由人根據(jù)階段(1)中機(jī)器人的行走效果對(duì)上位機(jī)中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，其調(diào)節(jié)方法如下在四個(gè)步態(tài)參數(shù)中α0決定了行走補(bǔ)入能量的大小，如果階段(1)中機(jī)器人行走后向前摔倒，說明補(bǔ)入能量過大，于是減小α0，可使α0減1°；如果機(jī)器人向后摔倒，說明補(bǔ)入能量過小，于是增大α0，可使α0加1°；如果機(jī)器人能夠行走，說明行走條件已經(jīng)滿足，可細(xì)調(diào)α0優(yōu)化碰撞時(shí)刻，使擺動(dòng)腿以適合的回收速度與地面碰撞，如果碰撞時(shí)機(jī)器人身體前傾則說明碰撞時(shí)刻過早，需減小α0，可使其減0.2°；如果身體后傾則說明碰撞時(shí)刻過晚，需增大α0，可使其加0.2°，在調(diào)整過α0后根據(jù)β0＝α0+15°的關(guān)系式重新計(jì)算β0，將改變后的α0、β0輸入上位機(jī)中，并重復(fù)階段(1)的過程使機(jī)器人行走并觀察其效果。重復(fù)階段(1)(2)直到碰撞時(shí)機(jī)器人身體豎直為止，此時(shí)的α0、β0及最初設(shè)定的θ0＝30°，T＝0.3s即構(gòu)成一組調(diào)節(jié)完成的行走參數(shù)值。
如果無論如何調(diào)整都不能使行走穩(wěn)定，其原因?yàn)棣?或T的取值不合適，或者需要改變機(jī)器人的行走速度時(shí)，需重新選定θ0和T，將θ0增大或減小10°或?qū)增大或減小0.1s后重復(fù)以上過程。對(duì)于不同的θ0和T，使用以上方法調(diào)整參數(shù)得到其對(duì)應(yīng)的α0、β0值，可以得到不同步幅及周期的步態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同速度的行走。
權(quán)利要求
1.一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，其特征在于，依次含有以下步驟
步驟(1)，構(gòu)造一個(gè)雙足機(jī)器人，其步驟如下
步驟(1.1)，建立軀干與第一大腿以及第二大腿的連接
該軀干與左右同軸放置的第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)以及第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)的本體分別固定連接，而所述第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與所述第一大腿連接，所述第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與所述第二大腿連接，
步驟(1.2)，建立所述第一大腿與第一小腿，第二大腿與第二小腿的連接
該所述第一大腿的末端與第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)的本體固定連接，該第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與第一小腿連接，
該所述第二大腿的末端與第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)的本體固定連接，該第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸與第二小腿連接，
步驟(1.3)，在步驟(1.1)、步驟(1.2)中所述的四個(gè)電機(jī)均采用伺服電機(jī)，分別用Ship1、Ship2表示所述第一髖關(guān)節(jié)電機(jī)和第二髖關(guān)節(jié)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，分別用Sknee1、Sknee2表示所述第一膝關(guān)節(jié)電機(jī)和第二膝關(guān)節(jié)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，并用一個(gè)上位機(jī)控制所述四個(gè)電機(jī)，其中
所述Ship1為所述第一大腿與軀干垂直方向的夾角，當(dāng)該第一大腿的末端位于軀干前方時(shí)Ship1＞0，而位于軀干后方時(shí)Ship1＜0，
所述Ship2為所述第二大腿與軀干垂直方向的夾角，當(dāng)該第二大腿的末端位于軀干前方時(shí)Ship2＞0，而位于軀干后方時(shí)Ship2＜0，
所述Sknee1為所述第一小腿與第一大腿之間的夾角，當(dāng)該第一小腿相對(duì)于第一大腿向后彎曲時(shí)Sknee1＞0，兩者平行時(shí)Sknee1＝0，
所述Sknee2為所述第二小腿與第二大腿之間的夾角，當(dāng)該第二小腿相對(duì)于第二大腿向后彎曲時(shí)Sknee2＞0，兩者平行時(shí)Sknee2＝0，
步驟(1.4)，該步驟(1.1)、步驟(1.2)、步驟(1.3)中所述各個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端分別與一個(gè)上位機(jī)的控制信號(hào)輸出端相連；
步驟(2)，在所述上位機(jī)內(nèi)設(shè)定一個(gè)步態(tài)周期T，在T內(nèi)所述機(jī)器人具有以下行走參數(shù)，0.2s＜T＜0.5s，取初始值T＝0.3s，所述步態(tài)周期T，指從一步開始時(shí)刻到碰撞所經(jīng)歷的時(shí)間，其中，開始時(shí)刻t＝0，是指視作第二大腿的擺動(dòng)腿離地的瞬間，碰撞是指擺動(dòng)腿與地面發(fā)生碰撞，該碰撞時(shí)刻t＝T，表示一個(gè)步態(tài)周期的結(jié)束，下一步態(tài)周期開始，此時(shí)視為第二大腿的支撐腿變?yōu)閿[動(dòng)腿，而前一個(gè)步態(tài)周期的支撐腿變?yōu)閿[動(dòng)腿，所述行走參數(shù)包括θ、α、β，單位為角度，其中
θ，為等效支撐腿與等效擺動(dòng)腿之間的夾角，所述等效支撐腿用由支撐腿大腿的頂部到該支撐腿小腿末端的連線表示，等效支撐腿用由擺動(dòng)腿大腿的頂部到該擺動(dòng)腿小腿末端的連線表示，
α，為所述支撐腿大腿與等效支撐腿之間的夾角，決定等效支撐腿的長度，
β，為所述擺動(dòng)腿大腿與等效擺動(dòng)腿之間的夾角，決定等效擺動(dòng)腿的長度，
當(dāng)所述等效擺動(dòng)腿位于等效支撐腿之前時(shí)θ＞0，之后時(shí)θ＜0，
當(dāng)所述支撐腿的膝關(guān)節(jié)彎曲時(shí)α＞0，支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)α＝0，
當(dāng)所述擺動(dòng)腿的膝關(guān)節(jié)彎曲時(shí)β＞0，擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)β＝0；
步驟(3)，在所述上位機(jī)中，在所述一個(gè)步態(tài)周期T內(nèi)，設(shè)置以下三個(gè)關(guān)鍵幀
第一關(guān)鍵幀，位于t＝0時(shí)，決定機(jī)器人一步的初始姿態(tài)，其中
θ＝-θ0，θ0為一非負(fù)常數(shù)，表示t＝0時(shí)所述兩條等效腿之間的夾角，決定步幅大小，0°＜θ0＜60°，取初始值θ0＝30°，
α＝α0，α0為一非負(fù)常數(shù)，表示t＝0時(shí)所述支撐腿大腿相對(duì)于等效支撐腿的旋轉(zhuǎn)角度，取初始值α0＝θ0/2，
β＝0，表示擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)伸直，
第二關(guān)鍵幀，位于t＝T/2時(shí)，其中
θ＝0，表示所述等效支撐腿與等效擺動(dòng)腿平行，
α＝α0，與第一關(guān)鍵幀中的α相同，表示等效支撐腿長度在第一關(guān)鍵幀和第二關(guān)鍵幀之間保持不變，
β＝β0，β0為一非負(fù)常數(shù)，表示一步中間時(shí)刻擺動(dòng)腿大腿相對(duì)于等效擺動(dòng)腿的旋轉(zhuǎn)角度，以防止一步行走過程中擺動(dòng)腿小腿與地面相碰，所述β0在α0+5°＜β0＜α0+25°中選取，設(shè)β0＝α0+15°，決定擺動(dòng)腿小腿末端的抬高高度，
第三關(guān)鍵幀，位于t＝T時(shí)，決定碰撞時(shí)刻的機(jī)器人姿態(tài)，其中
θ＝θ0，表示碰撞時(shí)刻兩條等效腿之間的夾角，
α＝0，表示支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直，為行走補(bǔ)入能量，
β＝α0，表示擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)彎曲，準(zhǔn)備與地面碰撞，在t＝T時(shí)發(fā)生碰撞；
步驟(4)，所述上位機(jī)依次按以下步驟控制所述機(jī)器人行走，行走步數(shù)為n，每行走一步用時(shí)一個(gè)步態(tài)周期T
步驟(4.1)，設(shè)定T＝0.3s，以及在所述三個(gè)關(guān)鍵幀的時(shí)刻t＝0，t＝T/2，t＝T時(shí)所述θ、α、β的值，
步驟(4.2)，設(shè)定Δt為計(jì)算步長，i為計(jì)算次數(shù)，行走時(shí)i從0開始，按下式計(jì)算每隔Δt時(shí)間所述θ、α、β的值
當(dāng)0≤Δt·imodT＜T/2時(shí)，
當(dāng)T/2≤Δt·imodT＜T時(shí)，
從而得到θ＝fθ(t)，α＝fα(t)，β＝fβ(t)三條曲線，其中0≤t≤T，變量θ、α、β關(guān)于t的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，
步驟(4.3)，在上述上位機(jī)中，按下式計(jì)算當(dāng)步數(shù)為n時(shí)，以所述行走參數(shù)θ、α、β為變量，所述機(jī)器人中各個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，以實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人的行走控制
當(dāng)n＝1，3，5，7，9...時(shí)，
當(dāng)n＝2，4，6，8，10...時(shí)，
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，Ship1、Sknee1分別為所述支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，Ship2、Sknee2分別為所述擺動(dòng)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，Ship2、Sknee2分別為所述支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，Ship1、Sknee1分別為所述擺動(dòng)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度，
也就是說當(dāng)n由奇數(shù)變?yōu)樵撈鏀?shù)加1所形成的偶數(shù)時(shí)，作為第一大腿的支撐腿與作為第二大腿的擺動(dòng)腿在一步行走結(jié)束后互換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，其特征在于，在0≤t≤T/2時(shí)，β0按以下方式取值
當(dāng)θ0＞40°時(shí)，α0+20°＜β0＜α0+25°，
當(dāng)θ0＜10°時(shí)，α0+5°＜β0＜α0+10°，
當(dāng)10°＜θ0＜40°時(shí)，α0+10°＜β0＜α0+20°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，其特征在于，若操作人員發(fā)現(xiàn)以下情況，予以分別處理
所述機(jī)器人從t＝0時(shí)開始行走后向前摔倒，說明α0過大，補(bǔ)入的能量過大，使α0減1°，如此重復(fù)，直到該機(jī)器人能夠行走為止，
所述機(jī)器人從t＝0時(shí)開始行走后向后摔倒，說明α0過小，補(bǔ)入的能量過小，使α0加1°，如此重復(fù)，直到該機(jī)器人能夠行走為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，其特征在于，在t＝T，若操作人員發(fā)現(xiàn)以下情況，予以分別處理
所述機(jī)器人身體前傾，說明碰撞時(shí)刻過早，使α0減0.2°，如此重復(fù)，直到碰撞時(shí)機(jī)器人身體豎直為止，
所述機(jī)器人身體后傾，說明碰撞時(shí)刻過晚，使α0加0.2°，如此重復(fù)，直到碰撞時(shí)機(jī)器人身體豎直為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法，其特征在于，若無論操作人員如何調(diào)整，都不能使所述機(jī)器人行走穩(wěn)定，或者能夠行走，但需要改變步速，則把θ0增加或減小10°，或者把T增加或減小0.1s，重復(fù)步驟(2)及步驟(4)，從而得到不同的步幅及步態(tài)周期，實(shí)現(xiàn)不同速度的行走。
全文摘要
一種雙足機(jī)器人動(dòng)力式行走方法屬于機(jī)器人行走控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，所述機(jī)器人靠在步態(tài)周期T內(nèi)，0.2s＜T＜0.5s，快速擺動(dòng)雙腿及控制擺動(dòng)腿的著地碰撞實(shí)現(xiàn)類似被動(dòng)行走的全動(dòng)力式行走，該機(jī)器人靠彎曲擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)創(chuàng)造虛擬斜坡，伸直支撐腿膝關(guān)節(jié)補(bǔ)充能量，每個(gè)步態(tài)周期的步態(tài)由三個(gè)關(guān)鍵幀確定，并由四個(gè)參數(shù)描述，關(guān)鍵幀之間由一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的光滑曲線連接。在實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人的單個(gè)步態(tài)達(dá)到4.48腿長/秒的相對(duì)行走速度，比之前RunBot創(chuàng)造的記錄提高29％，而且機(jī)器人的多個(gè)步態(tài)實(shí)現(xiàn)了從1.24腿長/秒到3.88腿長/秒的連續(xù)變速行走。
文檔編號(hào)B62D57/032GK101323325SQ200810116148
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者趙明國, 楫 張, 浩 董, 李立國, 蘇學(xué)敏, 石宗英 申請(qǐng)人:清華大學(xué)