[發(fā)明專利]液壓四足機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)負(fù)載匹配方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810650197.1
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108897318A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵俊鵬;劉萌萌;孫桂濤
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種液壓四足機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)負(fù)載匹配方法，涉及機(jī)器人squat步態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)負(fù)載匹配的思想，具體方法以液壓四足機(jī)器人為研究對象，運(yùn)用最優(yōu)負(fù)載匹配的思想，在機(jī)器人squat步態(tài)下對動力機(jī)構(gòu)的負(fù)載匹配問題進(jìn)行了深入研究；首先建立機(jī)器人三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，獲取機(jī)器人squat步態(tài)下的關(guān)節(jié)驅(qū)動函數(shù)；運(yùn)用Adams軟件進(jìn)行機(jī)器人動力學(xué)仿真分析，獲取動力機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)軌跡；在關(guān)節(jié)軌跡的基礎(chǔ)上建立最優(yōu)負(fù)載匹配，得到機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)的最優(yōu)匹配參數(shù)，該參數(shù)用于動力機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使得動力機(jī)構(gòu)工作效率高、節(jié)能效果好，并且響應(yīng)速度快。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種液壓四足機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)負(fù)載匹配方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著科技水平的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)日趨成熟。其中，以液壓作為驅(qū)動的仿生四足機(jī)器人，具有響應(yīng)快、負(fù)載大、功率密度高等特點(diǎn)，吸引了國內(nèi)外眾多研究者的目光，特別是隨著美國波士頓動力公司公布了Bigdog以后，更是掀起了一場對仿生液壓四足機(jī)器人研究的熱潮。

在液壓四足機(jī)器人領(lǐng)域，領(lǐng)頭大哥波士頓動力公司雖然先后公布了幾款先進(jìn)的液壓四足機(jī)器人，但是對于動力機(jī)構(gòu)的負(fù)載匹配方法并沒有對外公布，然而在國內(nèi)常用的機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)負(fù)載匹配方法有：(1) 按最大功率計(jì)算；(2)按最大負(fù)載計(jì)算，用這兩種方法雖然能夠滿足液壓缸負(fù)載的需要，但是容易造成功率損失，導(dǎo)致能源節(jié)省及工作效率欠佳。

因此，對于先進(jìn)的機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)負(fù)載匹配方法的提出迫不及待。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出了一種最優(yōu)負(fù)載匹配的思想，根據(jù)關(guān)節(jié)軌跡來進(jìn)行負(fù)載匹配，使得動力機(jī)構(gòu)的輸出特性曲線和負(fù)載特性曲線之間所夾的包圍面積最小，使得動力機(jī)構(gòu)的效率和響應(yīng)速度達(dá)到最優(yōu)，用以達(dá)到節(jié)約能耗和成本的目的，是液壓四足機(jī)器人領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案共分為機(jī)器人squat步態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)負(fù)載匹配兩大部分，具體方法以液壓四足機(jī)器人為研究對象，運(yùn)用最優(yōu)負(fù)載匹配的思想，在機(jī)器人squat步態(tài)下對動力機(jī)構(gòu)的負(fù)載匹配問題進(jìn)行了深入研究，包括以下步驟：

步驟一：建立機(jī)器人三維模型，并根據(jù)機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)簡圖進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，規(guī)劃機(jī)器人squat步態(tài)下的關(guān)節(jié)驅(qū)動函數(shù)，運(yùn)用Adams軟件結(jié)合關(guān)節(jié)驅(qū)動函數(shù)進(jìn)行機(jī)器人動力學(xué)仿真分析，獲取動力機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)軌跡；

步驟二：在關(guān)節(jié)軌跡的基礎(chǔ)上建立最優(yōu)負(fù)載匹配，得到機(jī)器人動力機(jī)構(gòu)的最優(yōu)匹配參數(shù)；該參數(shù)用于動力機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使得動力機(jī)構(gòu)工作效率高、節(jié)能效果好，并且響應(yīng)速度快，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

優(yōu)選的，步驟一進(jìn)一步包括為：

步驟一中所述機(jī)器人三維模型每條腿分別有三個(gè)主動自由度和一個(gè)被動自由度，三個(gè)主動自由度分別由三個(gè)相同型號的電液伺服作動器組成，被動自由度由彈簧組成；

步驟一中所述機(jī)器人squat步態(tài)下的關(guān)節(jié)驅(qū)動函數(shù)表示為：

q₂＝arccos(K)

式中：H是足端與髖關(guān)節(jié)之間的距離，A為幅值，T為下蹲周期，l₀為連桿1長度，l₁為連桿2長度，l₂為連桿3長度，l₃為足端到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。

步驟一中所述動力機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)軌跡包括squat步態(tài)膝關(guān)節(jié)速度曲線和力矩曲線。

優(yōu)選的，步驟二進(jìn)一步包括為：

步驟二中所述最優(yōu)負(fù)載匹配是使動力機(jī)構(gòu)的輸出特性曲線能夠包圍負(fù)載特性曲線，并且使輸出特性曲線與負(fù)載特性曲線之間的包圍面積最小，使得動力機(jī)構(gòu)的輸出能夠滿足負(fù)載的需要，工作效率達(dá)到最優(yōu)；