[发明专利]多肢腿式机器人分布式动力学建模方法

说明书

一种多肢腿式机器人分布式动力学建模方法，步骤如下：(1)基于虚拟模型控制，以躯干单刚体为对象，将腿部简化为虚拟作动器输入，进行受力分析，建立单刚体动力学模型；(2)采用迭代的肢腿动力学模型解算算法建立肢腿动力学模型；所述肢腿动力学模型解算算法，包括如下步骤：①以肢腿末端与环境接触点为基坐标系，外推得到各杆件质心处所受惯性力与力矩；②由躯干与肢腿连接点出发，以肢腿作用于躯干的力旋量为被控量，内推得到实现此被控量的内部杆件的相互作用力旋量及肢腿与环境接触力旋量。该方法大大降低了模型建立的复杂度，实现了多肢腿机器人动力学的快速更新，满足了控制的实时性要求。

技术领域

本发明涉及一种用于多肢腿式机器人的动力学建模方法，属于多肢腿式机器人建模领域。

背景技术

目前，多肢腿式机器人的运动控制方法一般有位置控制、力控制及力位混合控制。其中位置控制最为常见，基于正逆运动学并结合柔顺控制实现预先规划轨迹运动，例如2010年发表在《IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots andSystems》(《IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议》)上的《Design and ExperimentalEvaluation of the Hydraulically Actuated Prototype Leg of the HyQ Robot》(《HyQ机器人液压驱动腿部样机的设计与实验验证》)通过单腿运动学分析，得到力雅可比矩阵，并将位置误差映射为虚拟力，采用雅可比将虚拟力映射为关节力矩，实现腿部期望运动；2013年发表在《IEEE International Conference on Robotics and Automation》(《IEEE机器人学和自动化国际会议》)第3287-3292页的论文《Control of Dynamic Gaits for aQuadrupedal Robot》(《四足仿生机器人动步态控制》)采用力位混合控制实现了四足机器人多种动步态运动；而力控制多应用于固定基座机械臂。对三种控制方法进行比较，位置控制一般不具有自适应性，且需要额外的柔顺控制；力/位混合控制是典型的主动柔顺控制，其将工作空间中的六维力旋量根据需要确定哪些采用位置控制，哪些采用力控制，但力/位要求可能是随时变化的且力与不同位姿之间不是完全解耦的；力控制则是基于对机器人作用机理的揭示，在本质上实现该多体动力学系统的控制。