大型四足机器人对角小跑步态的规划方法

摘要

本发明公开了一种大型四足机器人对角小跑步态的规划方法，一个完整的对角小跑步态周期T包含起始相位、T/4相位、T/2相位、3T/4相位和完成相位五个关键姿势，肘式关节型腿髋关节转角在支撑相时从最小值(α-Ah)变化到最大值(α+Ah)，摆动相时从最大值(α+Ah)变化到最小值(α-Ah)，膝关节转角在支撑相时不变，摆动相时先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-Ak，再从最小值π-(α+β)-Ak恢复到最大值π-(α+β)；膝式关节型腿髋关节转角在支撑相时从最大值(α+Ah)变化到最小值(α-Ah)，摆动相时从最小值(α-Ah)变化到最大值(α+Ah)，膝关节转角在支撑相时不变，在摆动相时先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-Ak，再从最小值π-(α+β)-Ak恢复到最大值π-(α+β)。本发明，通过对大型四足机器人对角小跑步态的规划，使其运行更加合理，提高了稳定性。

主权项

大型四足机器人对角小跑步态的规划方法，其特征在于，一个完整的对角小跑步态周期包含对角小跑步态起始相位姿势、对角小跑步态T/4相位姿势、对角小跑步态T/2相位姿势、对角小跑步态3T/4相位姿势、对角小跑步态完成相位姿势五个关键姿势，且对角小跑步态下，每条腿在一个步态周期内均完全遍历一个支撑相和一个摆动相，其中支撑相的结束时刻正好是摆动相的起始时刻，左右两侧腿所处相位严格对立；对角小跑过程中，肘式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最小值(α‑A_h)变化到最大值(α+A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α‑A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π‑(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π‑(α+β)变化到最小值π‑(α+β)‑A_k，再从最小值π‑(α+β)‑A_k恢复到最大值π‑(α+β)；膝式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α‑A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最小值(α‑A_h)变化到最大值(α+A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π‑(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π‑(α+β)变化到最小值π‑(α+β)‑A_k，再从最小值π‑(α+β)‑A_k恢复到最大值π‑(α+β)；$\alpha =\arccos \left(\frac{{L_1}^2+{H_0}^2-{L_2}^2}{{2L}_1{H}_0}\right),$$\beta =\arccos \left(\frac{{L_2}^2+{H_0}^2-{L_1}^2}{{2L}_2{H}_0}\right),$$A_h=\arcsin \left(\frac{S}{{4H}_0}\right),$$A_k=\arccos (\cos \beta -\frac{\Delta z_{\max }}{L_2})-\beta ,$α、β为每条腿的大、小腿初始角度，A_h为髋关节转角摆动幅值，A_k为膝关节转角摆动幅值，L₁和L₂为四足机器人的大、小腿长度、H₀为对角小跑步态的中位高度、S为步长Δz_max为摆动相时足底最大离地高度。