[发明专利]一种欠驱动双足步行机器人的步态控制方法

权利要求书

1.一种欠驱动双足步行机器人的步态控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一，建立欠驱动双足步行机器人的动力学模型：

其中，q＝[q₁，q₂，q₃，q₄，q₅]^T为机器人关节自由度，q₁为支撑腿小腿与竖直方向的夹角，为欠驱动自由度，q₂为支撑腿膝关节角度，q₃为躯干与竖直方向的夹角，q₄为躯干与摆动腿大腿的夹角，q₅为摆动腿膝关节角度，D为机器人惯性矩阵，为耦合矩阵，B为常数矩阵，u为关节输入力矩；

步骤二，建立虚约束，将虚约束代入机器人的动力学模型，获得机器人的零动力学模型；

步骤三，以机器人的步行能耗最小为目标函数，建立非线性约束优化模型，求解非线性约束优化模型获得机器人的理想初始步态；

步骤四，基于机器人当前状态和理想步态的偏差，建立反馈控制对机器人的步态进行实时控制。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动双足步行机器人的步态控制方法，其特征在于，

步骤二中，建立虚约束的方法包括：

设计变量q_c＝[q₂，q₃，q_h，q₅]^T，其中q_h＝π-q₃-q₄，代表机器人两大腿间夹角，虚约束设计为：

y＝q_c-h_d(t)

其中，

其中，τ＝t/T_d，T_d为机器人步态周期，α_k，k∈[04]为贝塞尔多项式系数。

3.根据权利要求1或2所述的一种欠驱动双足步行机器人的步态控制方法，其特征在于，步骤二中，机器人的零动力学模型为：

其中，D₁₁为矩阵D第1行第1个元素，D₁₂为矩阵D第1行第2至5个元素，H₁为矩阵H第1个元素，q_a＝[q₂，q₃，q₄，q₅]^T,

4.根据权利要求2所述的一种欠驱动双足步行机器人的步态控制方法，其特征在于，

步骤三中，获得机器人的理想步态的方法包括：将机器人的初始步态规划问题转化为关于零动力学模型非线性约束优化问题的求解：优化目标设计为机器人的步行能耗，机器人的步行能耗其中L为步长，u为输入力矩向量，T为步行周期，优化变量包括α_k，k∈[04]以及步态周期参数T，约束函数包括摩擦约束和机器人关节最大力矩约束。