[发明专利]一种单腿机器人恒力补偿能量方法

权利要求书

1.一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.建立单腿机器人模型(1)；

S2.在步骤S1之后，根据所述单腿机器人模型(1)的运动行为，建立质量弹性倒立模型(2)；

S3.在步骤S2之后，通过模拟所述单腿机器人模型(1)的运动状态，将所述质量弹性倒立模型(2)的运动状态分为腾空阶段与着地阶段；

S4.在步骤S3之后，使所述质量弹性倒立模型(2)以自由落体的方式朝向地面落下，所述质量弹性倒立模型(2)从腾空阶段运动至着地阶段；

S5.在步骤S4之后，在进入着地阶段的瞬间对所述质量弹性倒立模型(2)施加恒力；

S6.在步骤S5之后，分析所述质量弹性倒立模型(2)在运动期间的能量转化以及能量损失。

2.根据权利要求1所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述单腿机器人模型(1)包括躯干(11)、腿部(12)、足部(13)，所述腿部(12)的一端与躯干(11)转动连接，另一端通过弹性件(14)与足部(13)连接。

3.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述弹性件(14)为弹簧阻尼器。

4.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述腿部(12)与躯干(11)通过转动关节(15)连接。

5.根据权利要求2所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述质量弹性倒立模型(2)包括第一质量块(21)和第二质量块(22)，所述第一质量块(21)与第二质量块(22)弹性连接。

6.根据权利要求5所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述第一质量块(21)与第二质量块(22)通过弹簧(23)连接。

7.根据权利要求5所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S5中，施加的恒力的方向与所述质量弹性倒立模型(2)自由落体的方向一致。

8.根据权利要求7所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S6中，具有如下动力学表达式：

式中，l₀表示弹簧的原长，m₁表示第一质量块(21)的质量，m₂表示第二质量块(22)的质量，a₁表示第一质量块(21)的质心距地面的距离，a₂表示第一质量块(21)的质心与第二质量块(22)的质心之间的距离，表示第一质量块(21)的加速度，表示第二质量块(22)的加速度，k表示所述弹簧(23)的弹性系数，F_y表示地面对所述质量弹性倒立模型(2)的反作用力，g表示重力加速度。

9.根据权利要求8所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，在步骤S6中，通过如下公式计算所述质量弹性倒立模型(2)的能量：

式中，P_i表示能量传递比，P表示所述质量弹性倒立模型(2)在整个运动过程中的总能量，mg表示所述质量弹性倒立模型(2)的总重力，v表示所述质量弹性倒立模型(2)在整个运动过程中的平均速度。

10.根据权利要求9所述的一种单腿机器人恒力补偿能量方法，其特征在于，所述质量弹性倒立模型(2)的总能量的计算公式为：

P＝E_k+E_p-E_i；

式中，E_k表示所述质量弹性倒立模型(2)在整个运动过程中的总动能，E_p表示所述质量弹性倒立模型(2)在整个运动过程中的总弹性势能，E_i表示所述质量弹性倒立模型(2)在运动过程中第i次触地时损失的动能。