[发明专利]一种基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法

权利要求书

1.一种基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法，其特征在于：操作步骤如下：

第1步骤规划系统初始参数，包括：步态周期、支撑相比例、刚体架（209）长度、行星架（203）长度、步幅、桨叶（211）长度、微分时间常数、外轮（203）半径、偏心距、最大偏心距、偏心角度、太阳轮（201）角速度、齿圈（202）角速度、外轮（204）角速度、太阳轮（201）齿数、齿圈（202）齿数和行星轮（206）齿数；

第2步骤建立行星轮机构内两个输入即太阳轮（201）及齿圈（202）的输入角速度，与行星轮（206）的自、公转角速度之间的映射关系；

第3步骤建立行星轮的自、公转角速度与桨轴（208）的偏心速度、偏心角速度之间的映射关系；

第4步骤划分时相：将步态周期划分为四个相，按时间顺序依次为：支撑前相（601）、摆动前相（602）、摆动后相（603）和支撑后相（604）；

第5步骤规划支撑前相（601）：根据步态周期、步幅和支撑相比例求解太阳轮（201）及齿圈（202）电机的输入角速度；

第6步骤规划摆动前相（602）：选择自、公转角速度作为规划目标，通过待定系数法，构造给定形状的连续曲线以满足规划限制条件，包括位移条件及速度条件；

第7步骤规划摆动后相（603）及支撑后相（604）:由于两者分别与摆动前相（602）及支撑前相（601）对称，故利用第六步骤方法直接对称映射规划；

第8步骤步态综合：支撑后相（604）结束后，即完成了一个完整步态周期，机构内所有构件重新回来初始化位置，此时，重复第5步骤至第7步骤，即可得到连续的多个步态数据，实现机身持续运动。

2.根据权利要求1所述的基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法，其特征在于：所述第3步骤中，行星轮（206）自、公转角与桨轴（208）偏心距、偏心角的映射关系为：

                                                

其中，θ₂为行星轮（206）自转角、θ_h为行星轮（206）公转角，l_ec为桨轴（208）偏心距、θ_ec为偏心角度，l_ca为行星架（203）长度。

3.根据权利要求1所述的基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法，其特征在于：所述第4步骤中每个相具体含义为：

支撑前相（601）：指目标桨叶（211）桨端（212）从初始位置运动至横坐标轴负向最大位置的过程；

摆动前相（602）：指从支撑前相（601）结束，至目标桨叶运动至与纵坐标轴重合的过程；

摆动后相（603）：指从摆动前相（602）结束，至目标桨叶（211）桨端（212）运动到横坐标轴正向最大位置的过程；

支撑后相（604）：指目标桨叶（211）桨端（212）从横坐标轴最大位置运动至初始位置的过程；

其中，支撑前相（601）与支撑后相（604）统称支撑相，两者在时间上的连接点称为支撑相中点，摆动前相（602）与摆动后相（603）统称摆动相，两者在时间上的连接点称为摆动相中点。

4.根据权利要求1所述的基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法，其特征在于：所述第5步骤中支撑前相（601）规划过程为：

首先对桨端（212）的速度、桨轴（208）的偏心速度进行预先约束；其次再由桨端（212）速度及桨轴（208）偏心速度联立求得偏心角速度和外轮角速度；最后再根据速度映射关系求得太阳轮（201）及齿圈（202）电机的输入角速度。

5.根据权利要求1所述的基于行星轮机构腿式机器人的高效高精度腿式步态规划方法，其特征在于：所述第6步骤中摆动前相（602）规划限制条件如下：

支撑前相（601）结束时刻，行星轮（206）自转角速度、公转角速度以及外轮（204）的角速度分别与摆动前相（602）开始时刻的三者速度相等；经过摆动前相（603），行星轮（206）自转角位移等于公转角位移，当摆动前相（602）结束时，行星轮（206）的自转角等于公转角，行星架（203）、刚体架（209）、铅垂线三者共线；摆动前相（602）结束时，目标铰链（210）运动至最高点，该铰链（210）与桨轴（208）连成的直线与铅垂线共线。