[发明专利]基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法

权利要求书

1.一种基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于双连杆倒立摆模型构建线性倒立摆模型；

步骤2、基于线性倒立摆模型进行步态规划，生成零力矩点轨迹、躯干质心运动轨迹、游动脚的规划轨迹以及解算各个关节步态运动曲线。

2.根据权利要求1所述的基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法，其特征在于，步骤1所述基于双连杆倒立摆模型构建线性倒立摆模型，具体为：

步骤1-1、在双连杆倒立摆模型的基础上，假设条件如下：

1)机器人躯干质量点为M；

2)机器人的腿部质量点为m，其位置通过比例因子γ调节；

3)M和m的高度为常量，其值分别为z_c+l_M和ηz_c，其中0<η<1，l_M为上身连杆的垂直高度，z_c为下身连杆的垂直高度；

4)连接质量点M的连杆始终垂直于水平面；

步骤1-2、定义世界坐标系的原点为O点，在O点的坐标系记为∑_o，定义支撑点P为机器人与地面作用点的位置，即零力矩点的位置，在P点的坐标系记为∑_p；获取∑_o中的坐标与∑_p中的坐标关系，具体为：

(1)腿部质量点m在∑_p中的坐标值(r_mx，r_my，r_mz)为：

式中，l_m为支撑点P到腿部质量点m的长度，α和θ分别为与支撑点P相连的连杆与X轴和Y轴的夹角；

(2)结合上述r_m，获得躯干质量点M在∑_o中的坐标为：

则：

(3)在∑_O中，躯干质量点M和腿部质量点m的坐标值分别为(R_Mx,R_My,R_Mz)和(R_mx,R_my,R_mz)，支撑点P的坐标为(P_x,P_y,0)，则：

r_Mx＝R_Mx-P_x

r_My＝R_My-P_y

r_Mz＝R_Mz＝z_c+l_M

二次求导得：

则获得∑_O中的坐标与∑_P中的坐标关系为：

R_Mx＝P_x+r_Mx＝P_x+γ^-1r_mx

R_My＝P_y+r_My＝P_y+γ^-1r_my

R_mx＝P_x+r_mx＝(1-γ)P_x+γR_Mx

R_my＝P_y+r_my＝(1-γ)P_y+γR_My

步骤1-3、在X方向和Y方向上由转矩平衡条件建立转矩平衡方程：

结合步骤1-2和上述转矩平衡方程，建立X方向的转矩平衡方程为：

则：

同理，Y方向：

令：

则方程变为：

则构建的线性倒立摆模型为：