[发明专利]一种足式机器人动力学建模的混合计算方法

说明书

本发明提供一种足式机器人动力学建模的混合计算方法，通过预先存储的足式机器人的基本物理参数，对足式机器人各个关节的角度和角速度进行采样，获得采样反馈的采样数值；根据采样数值计算出坐标旋转的转移矩阵；根据基本物理参数，根据拉格朗日方法中对惯性矩阵的计算方法，对每个连杆的惯性矩阵进行推导，通过矩阵求和的方式获得足式机器人的惯性矩阵；根据采样数值、基本物理参数，在牛顿欧拉方法的基础上进行改进，通过迭代计算，获得足式机器人的离心力、科里奥利力和重力的相关向量，以完成足式机器人的动力学建模，综合拉格朗日方法和牛顿欧拉方法各自的计算优点并在不同阶段加以修改，提高动力学建模计算效率。

技术领域

本发明涉及足式机器人动力学建模计算领域，具体涉及一种足式机器人动力学建模的混合计算方法。

背景技术

自从机器人诞生以来，人类的生活、工作方式发生了巨大的变化，机器人在各种场合辅助人类完成复杂的、重复的工作。近年来，国内外掀起了研究仿人机器人的热潮，其研究内容主要包括稳定行走、灵巧作业、人机交互等方面。其中机器人在运动过程中能否稳定的行走取决于其机器人动力学建模方法的是否高效和便于分析。

目前，常用的机器人动力学建模方法主要分为两种，即拉格朗日法和牛顿欧拉法。其中，拉格朗日法是应用系统的动能和势能，通过构建拉格朗日函数并结合虚位移的方法建立动力学模型，由于所构建的动力学模型具有清晰的数学表达式，所以非常便于对整个系统的动力学分析，然而当系统的结构变得十分复杂时，其构建的动力学模型表达式中的各个矩阵变得非常复杂，从而计算效率很低；而牛顿欧拉法则是以牛顿第二定律和转矩对于角动量的作用为基础，通过迭代计算的方法来构建动力学模型，对于复杂的机器人系统而言，虽然采用了迭代的计算方法，使得计算效率大大提高，但是由于得到的模型形式不够清晰，致使此方法不适合于进行动力学的相关分析。

随着近些年人们对机器人控制理论的不断创新和探索，寻求一种既适合于动力学分析又拥有高效率计算的动力学建模方法已经迫在眉睫并具有较高的应用价值与推广意义。

发明内容

本发明针对现有足式机器人的动力学建模方法的处理效率低，计算复杂等问题，提供了一种足式机器人动力学建模的混合计算方法。

一方面，本发明提供一种足式机器人动力学建模的混合计算方法，

足式机器人的动力学模型的数学形式如下：

D(q)为惯性矩阵，为足式机器人的离心力、科里奥利力和重力的相关向量；

混合计算方法包括：

预先存储所述足式机器人的基本物理参数；

对所述足式机器人各个关节的角度和角速度进行采样，获得采样反馈的采样数值；

根据所述采样数值计算出坐标旋转的转移矩阵；

根据所述基本物理参数，结合拉格朗日方法中对惯性矩阵的计算方法，对所述足式机器人各个连杆的惯性矩阵进行计算，通过矩阵求和运算获得所述足式机器人的惯性矩阵D(q)；

根据所述采样数值、所述基本物理参数，对牛顿欧拉方法进行改进，通过迭代计算，获得所述足式机器人的离心力、科里奥利力和重力的相关向量以完成所述足式机器人的动力学建模。

作为一种可选的实施方式，结合拉格朗日方法中对惯性矩阵的计算方法，对所述足式机器人各个连杆的惯性矩阵进行计算，通过矩阵求和运算获得所述足式机器人的惯性矩阵D(q)，包括：

根据所述基本物理参数和所述坐标旋转的转移矩阵，计算出所述各个连杆的质心线速度的雅克比矩阵，和所述各个连杆的质心角速度的雅克比矩阵；