[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

摘要

本发明公开了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。该规划方法通过建立行星轮机构输入输出映射关系、桨端及桨轴的速度约束关系，对基于行星轮机构的腿式机器人腿单元内的三个驱动关节进行周期性规划，使得腿式机器人的腿单元与地面周期性的离散接触，且使机器人保持机身重心高度不发生改变的同时连续匀速前进。在整个腿式步态周期内，腿式机器人的驱动关节电机速度连续无突变、且始终单一方向运动而不发生换向，机器人机体重心在铅垂方向上无波动。本发明降低了对腿式机器人输入电机功率和机械结构刚度的要求，消除了行星轮机构内部齿轮间隙对机械系统控制精度影响、减少了因驱动关节频繁换向造成的能量损耗以及传动机构的磨损。

主权项

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。