[发明专利]一种基于超级电容的足式机器人单腿柔顺控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于超级电容的足式机器人单腿柔顺控制方法，其特征在于，包括在单腿系统的关节电机（1）处于发电模式下控制超级电容（2）处于充电模式以利用超级电容（2）吸收单腿系统触地时关节电机（1）反转带来的冲击能量达到被动柔顺的效果；在单腿系统的关节电机（1）处于电动模式下控制超级电容（2）处于放电模式并为关节电机（1）供电；所述在单腿系统的关节电机（1）处于发电模式下控制超级电容（2）处于充电模式时，还包括根据单腿系统触地时足端受力的大小动态调节关节电机（1）、超级电容（2）之间的电容充电电流控制器的开关管占空比的大小以实现主动柔顺控制的步骤，所述根据单腿系统触地时足端受力的大小动态调节关节电机（1）、超级电容（2）之间的电容充电电流控制器的开关管占空比的大小以实现主动柔顺控制的步骤包括：1）将单腿系统的期望力矩^Ef_d减去单腿系统触地时足端受力的力矩^Ef得到力矩差Δ^Ef；将力矩差Δ^Ef输入预设的阻抗模型，得到对应的足端修正位置；将足端修正位置和期望机器人足端位移做差得到所需的机器人足端位移；2）将所需的机器人足端位移、实际机器人足端位移做差后输入预设的位置控制器，并通过位置控制器的控制输出量输出至调节关节电机（1）、超级电容（2）之间的电容充电电流控制器的开关管占空比的大小以实现主动柔顺控制。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容的足式机器人单腿柔顺控制方法，其特征在于，所述预设的阻抗模型的函数表达式为：

上式中，Δ^Ef表示力矩差，K为弹性系数，D为阻尼系数，M为惯性系数，为期望机器人足端位移，为实际机器人足端位移，分别为期望机器人足端位移的一阶微分和二阶微分，分别为实际机器人足端位移的一阶微分和二阶微分。

3.根据权利要求1所述的基于超级电容的足式机器人单腿柔顺控制方法，其特征在于，所述在单腿系统的关节电机（1）处于电动模式下控制超级电容（2）处于放电模式时，还包括控制超级电容（2）和蓄电池（3）共同为关节电机（1）供电，以及控制蓄电池（3）为超级电容（2）充电使得超级电容（2）中的剩余能量保持在能够使关节电机（1）再次加速到最大速度的程度。