[发明专利]一种3D欠驱动双足机器人的动力学模型计算方法

摘要

本发明涉及机器人技术领域，提供了一种3D欠驱动双足机器人的动力学模型计算方法，该方法针对3D欠驱动双足机器人，对其在单足支撑相与双足支撑相都进行了动力学模型计算；其中，机器人的双足支撑相由碰撞过程以及坐标切换过程组成。相比于以往的动力学模型计算方法，本发明所提出的动力学模型计算方法使得3D欠驱动双足机器人动力学模型的编程计算过程变得简单清晰，从而便于编程应用。

主权项

1.一种3D欠驱动双足机器人的动力学模型计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，基于DH方法，建立机器人的关节坐标系q＝(q₁,q₂,q₃,q₄,q₅,q₆,q₇,q₈)，并求出坐标系q_k在坐标系q_k‑1下的齐次转换矩阵其中q₁,q₂为机器人支撑腿踝关节角度，q₃为机器人支撑腿膝关节角度，q₄,q₅为支撑腿髋关节角度，q₆,q₇为摆动腿髋关节角度，q₈为摆动腿膝关节角度，k＝1,2，..8；步骤二，假设机器人各杆件的质量集中于质心，基于DH方法，求得各质心在世界坐标系下的位置向量pi以及速度向量vi；进而求得机器人系统的总的动能E和势能P：其中，mi表示第i个杆件的质量，i＝1,2,…5；pi(3)表示向量pi的第三个元素；步骤三，计算双足机器人在单足支撑相的动力学模型，其中D为惯性质量矩阵，H为耦合矩阵，B为常数矩阵，u＝[u3,u4,u5,u6,u7,u8]′为主动关节驱动力矩；步骤四，计算双足机器人与地面碰撞的动力学模型，其中，D_e表示增广的惯性质量矩阵，与表示机器人碰撞前后的广义角速度,F₂表示地面对摆动腿在接触点的反作用力，表示摆动腿的位置及其方向角对广义坐标系q_e的雅可比矩阵；步骤五，计算机器人的坐标切换模型，其中，主动关节的切换模型为[q3,q4,q5,q6,q7,q8]→[q8,q7,q6,q5,q4,q3]，欠驱动关节的切换模型为[q1,q2]→[q1sw,q2sw]，q1sw表示摆动腿俯仰角，q2sw表示摆动腿滚动角。