[發明專利]降低液壓機器人流量的足端軌跡優化方法

有效

• 申請號: 201611088178.1
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106773680B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 戴振東;袁聰;孫濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 32237 江蘇圣典律師事務所
• 代理人: 賀翔;吳庭祥

本發明公開了一種降低液壓機器人流量的足端軌跡優化方法，屬于機器人設計與控制領域。首先，確定液壓機器人的足端軌跡，并分析足端軌跡各運動分量方向上的位移?時間、速度?時間、腿部及系統流量?時間，得出關系曲線；其次，構造非線性變換函數；最后，用非線性變換函數對液壓機器人足端軌跡各運動分量進行非線性變換并修正，得到流量優化后的足端軌跡。發明優化方法的本質是對液壓機器人擺動相的擺腿速度進行優化，其對支撐相無需作任何變換，不論機器人采用那種足端軌跡行走，對任何尚待優化的液壓系統皆可采用該方法對其足端軌跡進行變換，達到優化系統流量的目的，其適用范圍廣，不受液壓機器人足端軌跡限制，不影響步態參數。

技術領域

本發明涉及一種機器人足端軌跡優化方法，具體講是一種降低液壓機器人流量的足端軌跡優化方法，屬于機器人設計與控制領域。

背景技術

液壓機器人具有較高的運動速度、較大的負載能力和超強的機動性能，在軍事、搜救、探測等領域有巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。液壓機器人的動力系統通常是由汽油機和柱塞泵組成的獨立單泵源，由于受重量和體積的限制，動力系統功率受到限制，這嚴重制約了機器人的運動性能和負載能力。其次，液壓足式機器人通常采用單泵源多執行器液壓系統，這種液壓系統能效較低，采用這種系統的挖掘機的能效僅為40％，與挖掘機相比，液壓機器人的執行器更多，動態性能要求更高，各執行器瞬時速度和力的差異性更大，其液壓系統能效會更低，減小動力系統重量與體積或提高功率效率對提高液壓機器人運動性能與負載能力具有十分重要的意義，流量作為影響液壓系統功率的重要參數，其優化問題是提高液壓機器人運動性能的關鍵技術之一。

目前液壓機器人的研究重點主要體現在兩個方面：硬件優化和步態規劃。硬件優化由于受技術影響，在實際應用中受到了限制。步態規劃的相關研究主要體現為對足端軌跡參數進行優化，通過改變足端軌跡參數固然可以降低液壓機器人的系統流量，但是，足端軌跡參數改變的同時也會影響機器人運動性能。例如，降低抬腿高度會降低機器人的越障性能，步長和步頻的改變可能會降低機器人的行走速度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種不受足端軌跡限制，對機器人運動性能無影響的降低液壓機器人流量的足端軌跡優化方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的降低液壓機器人流量的足端軌跡優化方法，包括以下步驟：

1)、確定液壓機器人的足端軌跡u＝[P_x(t)P_y(t)P_z(t)]^T，并分析足端軌跡各運動分量方向上的位移-時間、速度-時間、腿部及系統流量-時間，得出關系曲線；所述P_x、P_y、P_z為液壓機器人的足端坐標，t為行走過程的任意時刻；

2)、構造非線性變換函數f(t)；

3)、用步驟2)得到的非線性變換函數f(t)對步驟1)液壓機器人足端軌跡各運動分量進行非線性變換，并修正非線性變換函數的相關參數，得到流量優化后的足端軌跡u＝[P_x[f(t)]P_y[f(t)]P_z[f(t)]]^T。

本發明中，所述步驟1)中：

式中，P_x為液壓機器人的足端相對足端起始位置在前進方向的位移，P_z為液壓機器人的足端相對足端起始位置在豎直方向的位移；S為液壓機器人行走的步長，H為液壓機器人行走的抬腿高度，T_sw為擺動相時間，T為步態周期，t為行走過程的任意時刻。

本發明中，所述步驟2)的具體過程如下：

確定非線性變換函數的定義域為[0,0.4]，構造非線性變換函數：