[发明专利]考虑外力冲击干扰和阻尼的多足机器人能量裕度计算方法

摘要

一种考虑外力冲击干扰和阻尼的多足机器人能量裕度计算方法，包括如下步骤：步骤一：把机器人的翻转动作转换为包含弹簧阻尼特性的机械旋转系统，计算机器人的能量裕度表达式；步骤二：建立机器人在笛卡尔坐标系下的D‑H数学模型；步骤三：结合步骤二解析机器人能量裕度函数所需有关参数。本发明依据重心位置、虚拟弹性阻尼、合力矩得出，最终用于机器人在复杂路面行走时因外力冲击和自身惯性力矩作用，判定是否发生倾覆，以确保机器人稳定的行走。最终提出一种能适用于多种地形，且时效的稳定性计算方法。

主权项

1.一种考虑外力冲击干扰和阻尼的多足机器人能量裕度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：把机器人的翻转动作转换为包含弹簧阻尼特性的机械旋转系统，计算机器人的能量裕度表达式；步骤二：建立机器人在笛卡尔坐标系下的D‑H数学模型；步骤三：结合步骤二解析机器人能量裕度函数所需有关参数；所述的步骤一通过以下方式实现：1.1)根据牛顿第二定律列出机器人的动力学微分方程：其中，将绕边线翻转时的机器人，视为一个机械旋转系统，该系统由转动惯量为J_i、扭转刚度为K_S和粘性阻尼系数为C的阻尼器组成；1.2)求解机器人绕边线旋转的实时重心处合力矩，即驱动力矩：式中，M_Gi为实时重心处重力相对旋转边线产生的力矩；M_I为实时重心处的等效惯性力矩；M_ri为着地脚因支撑力产生的力矩；f_i为各足端竖直向上的力；θ_i为直线AB与水平面夹角，构成倾翻边界的两足端位置坐标：A(x_A,y_A,z_A)，B(x_B,y_B,z_B)，直线AB的表达式：δ_i为重心绕边线到最高点的旋转角度；θ为斜线倾角；r_i为各足端到旋转边线的距离；e_i为旋转边线的单位法向量，以支撑多边形逆时针方向为正方向；1.3)系数K_S、C测定，根据机械旋转系统整理得两边进行拉氏变换，求得其传递函数为：因此求得式中，T_C、T_S分别为当机器人受到一个脉冲力时，机械旋转系统的震荡周期与稳定时间；1.4)求解机器人考虑外力冲击干扰和阻尼的能量裕度机器人绕边线旋转到最高点的势能变化：机器人绕边线旋转到最高点的动能变化：当w₀为正时：当w₀为负时：假设机器人绕边线旋转到最高点时w_i＝0，因此求得机器人当前位置因外界干扰不发生完全侧翻，所能抵抗的能量为：E_i＝V_i‑V₀+K_i‑K₀求得：上述公式中，w₀、M_Ri'分别为实时重心位置绕边线旋转的角速度与合力矩,方向延旋转边线，以支撑多边形逆时针方向为正方向；根据能量稳定裕量的概念可知，定义能量稳定裕度为SE_m，设最小稳定裕度SE，当SEm≥SE时，机器人能稳定工作。