[发明专利]一种两级减振踝足一体并联低冲击行走足机构及控制方法

权利要求书

1.一种两级减振踝足一体并联低冲击行走足机构，行走足机构构成机器人足端，包括足腿连接平台、足端底部连接平台、三组移动副、三组转动副、三组球副，足端底部连接平台模拟机器人足端，移动副为驱动副，模拟机器人腿部，其特征在于：足端底部连接平台安装有多维力传感器，足端底部连接平台下表面镶嵌具有摩擦力的减振垫，为第一级减振，足端底部连接平台通过三组球副与三组移动副的下端连接，每组移动副的上端通过转动副与足腿连接平台连接，三组移动副的布置方式为镜像对称，移动副包括液压缸、弹簧阻尼器、伺服阀和控制器，液压缸上安装有伺服阀，伺服阀与控制器电气连接，作为液压缸的控制执行单元；弹簧阻尼器套在液压缸的缸活塞杆上，为第二级减振，从而整体构成三自由度构型的少自由度并联机构，能够实现延x，y方向的两个转动自由度以及一个z向的平移自由度。

2.根据权利要求1所述的一种两级减振踝足一体并联低冲击行走足机构，其特征在于，以行走足机构瞬时有效缓冲、避免回跳现象为前提，其参数间的关系如下：

M：躯干质量，m：行走足质量，K：腿部刚度，k：并联行走足底刚度，c₁：腿部阻尼，c₂：并联行走足底阻尼，Y：腿部位移，y：并联行走足底位移；并联行走足机构的集总参数匹配设计准则：

避免回跳条件为：π²VKm/2k＞emv、k/K＜5V/ev，其中e是模型与地面的回弹系数，满足关系式e＝exp(-c₁/2)，V：腿部下落速度，v：足底下落速度；参数最佳匹配为：质量比m/M＝0.2，刚度比k/K＝4～5，阻尼比c₁/c₂＝0.25，足端将最大限度抑制振动幅值、降低冲击力。

3.根据权利要求1或2所述的一种两级减振踝足一体并联低冲击行走足机构的控制方法，其特征在于，控制方法如下：

控制一、足端主被动缓冲控制：当足式机器人行走过程中的落地瞬间，本行走足机构与地面的作用首先进入被动缓冲阶段，当三维力传感器达到某一设计阈值，本行走足机构根据冲击强度进入主动缓冲阶段，此时三组移动副采用大阻尼控制；控制二、机器人机体适应性调整控制：当机器人处于凸凹不平路面或坡面时，三组移动副采用位置控制，根据机器人顶层规划的调整信号，通过驱动特定液压缸伸长或缩短，从而调整机器人机体姿态，使之与地形相适应，保证机体的平衡以及有人驾驶的乘坐舒适性；

控制三、高能效足端推进控制：三组移动副采用位置与力混合控制，通过机器人顶层规划能够实现足式推进的高能效推进：

控制三.一：当本行走足机构落地缓冲后，规划本行走足机构模仿足式哺乳动物行走时的蹬地动作进而向前推进，使地面给机器人一个行走方向作用力；

控制三.二：当机器人减速时，规划本行走足机构模仿足式哺乳动物行走时的足部微翘动作；

控制四、反射控制：在本行走足机构踏空、沉陷或打滑时，根据多维力传感器反馈信号判断足端足地状态，在不更改机器人顶层规划的前提下，控制本行走足机构实现足地的踏空、沉陷或打滑反射。