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[發明專利]基于優化支撐比的足式機器人足端力分配方法有效

專利信息
申請號: 201510958848.X 申請日: 2015-12-17
公開(公告)號: CN105608268B 公開(公告)日: 2019-03-08
發明(設計)人: 蘇波;黨睿娜;姚其昌;許鵬;田源木;馮石柱;趙洪雷;許威;蔣云峰;慕林棟;楊建雄;楊天夫;王宏明;謝強 申請(專利權)人: 中國北方車輛研究所
主分類號: G06F17/50 分類號: G06F17/50
代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011 代理人: 劉東升
地址: 100072*** 國省代碼: 北京;11
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摘要:
搜索關鍵詞: 基于 優化 支撐 機器人 足端力 分配 方法
【說明書】:

發明涉及一種基于優化支撐比的足式機器人足端力分配方法,屬于機器人足力分配優化技術領域。本發明(1)分析垂直載荷時,直接對支撐比進行優化分配。多足機器人足端力分配的重要目標之一是行走穩定性,本發明首先對支撐比進行優化,因此首先保證了行走穩定性。(2)在保證行走穩定性的情況下,繼續分析水平方向分力,并直接對力的方向進行優化。傳統方法的優化目標是總力矩最小或者功率消耗最低,這樣的優化目標無法保證足端力最優,而本方法直接瞄準足端力及其方向進行優化,從更高層次上保證了優化結果。(3)在進行力分配時,每個環節都考慮了足端力位置,因此充分利用了力和力矩平衡的特點,進一步確保優化結果。

技術領域

本發明涉及機器人足力分配優化技術領域,具體涉及一種基于優化支撐比的足式機器人足端力分配方法。

背景技術

對于多足機器人而言,至少有三條腿處于支撐狀態,才能保持機身穩定。由于每個足端存在三個方向的分力,存在9個未知數,而移動機器人只能列出6個平衡方程,因此多足機器人足端力分配具有多種解法,而不同解法將導致不同的足端力分配結果。足端力分配解法主要分為兩大類。第一種是偽逆法,采用螺旋理論列出多肢體系統的平衡方程和足端摩擦力約束方程,根據偽逆思想,推導足端支反力的求解公式,該方法得到的結果不能保證機器人關節的控制力矩最優。第二種是優化法,推導以關節力矩為變量的動力學方程,摩擦約束方程等,以關節力矩平方和最小、電機所需功率總和最小為目標函數,進行優化求解。第一種方法的不足在于,無法獲得最優解;第二種方法的不足在于,需要考慮的因素較多,因此計算復雜,效率低下。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是:如何設計一種足式機器人足端力分配方法,對支撐比、力的大小以及力的方向進行優化,保證優化效果。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題,本發明提供了一種基于優化支撐比的足式機器人足端力分配方法,包括以下步驟:

S1、以機身坐標系為參考坐標系,將所有支撐腿簡化為一條虛擬支撐腿,基于機身虛擬伺服力,建立機身力矩平衡方程,從而求取虛擬支撐腿期望零力矩點;

S2、采用最小二乘法設計支撐比的優化目標函數,求取各支撐腿的實際支撐比,并得到三條支撐腿在z方向的力;

S3、設計各支撐腿的水平方向分力為未知數,基于未知足端力方向和期望足端力方向,得到足端力方向的優化目標函數,從而獲取各支撐腿在x和y方向的分力。

(三)有益效果

本發明在考慮足端位置的基礎上,對支撐比、力的大小以及力的方向進行優化,直接保證了優化效果。具體為:(1)分析垂直載荷時,直接對支撐比進行優化分配。多足機器人足端力分配的重要目標之一是行走穩定性,本發明首先對支撐比進行優化,因此首先保證了行走穩定性。(2)在保證行走穩定性的情況下,繼續分析水平方向分力,并直接對力的方向進行優化。傳統方法的優化目標是總力矩最小或者功率消耗最低,這樣的優化目標無法保證足端力最優,而本方法直接瞄準足端力及其方向進行優化,從更高層次上保證了優化結果。(3)在進行力分配時,每個環節都考慮了足端力位置,因此充分利用了力和力矩平衡的特點,進一步確保優化結果。

附圖說明

圖1是期望零力矩點分析示意圖;

圖2是各條腿支撐比分析示意圖;

圖3是各條腿作用力分析示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚,下面結合附圖和實施例,對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

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