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电动手机-关节下载信号幅值的确定

发布日期:2018-8-16

电动手机-关节下载信号幅值的确定

  关节下载信号幅值的确定
  竞关节前后转动下载信号幅值的确定
  髋关节侧摆需要满足在保证左右两足不发生运动干涉的条件(即满足8.2.2节中条件③)下能够实现最大的侧摆步长。如果机器人髋关节前后不摆动或者摆动幅值很小,则极易在腿部向内侧摆动时发生干涉。因此,髋关节前后转动的下载信号需要满足最小摆动幅值要求。事实表明,最小摆动幅值与机器人腿部结构、足部体积以及直线行走的速度有关。出于简化考虑,利用仿真得到机器人侧向跨步运动过程中髋关节最小摆动幅值为>lhlnin=0.21rad。
  膝关节下载信号幅值的确定
  下载机器人在受到侧向冲击力后,会绕着支撑线(2条支撑腿足端的连线)发生转动,因此处于摆动相的腿的足部会提前触地(实际)。膝关节的摆动是抬高摆动腿足端高度的直接因素,为了满足8.2.2节中的条件④,需要将机器人膝关节的摆动幅值适当增大,以保证机器人的足部不会因为躯体的转动而提前触地。利用机器人携带的角加速度传感器可以得到机器人的横滚角加速度月,由腿部处于摆动相的时长可得抬腿高度为:
  实际前足发生干涉
  ::,‘丨
  实际机器人绕支撑线转动
  式中,k为机器人处于摆动相的腿的足端到支撑线的距离。结合式(3-17)即可求得机器人侧向跨步运动过程中膝关节的摆动幅值。
  基于ZMP和倒立摆模型的髋关节侧摆下载信号幅值的确定国外学者Vukobratovic提出了零力矩点ZMP(ZeroMomentPoint)理论[183],将其作为机器人的动态稳定性判据。ZMP被定义为地面上的一点,机器人的重力与惯性力的合力在该点的力矩沿水平面内的两个垂直轴方向的分量为零。本节扑克下载机器人侧向跨步的步态参数,因此只需计算机器人ZMP在*轴上的位置。
  机器人2^^[184]在*轴上的位置为:
  式中,为机器人每个部件的质量;七和为每个部件的质心坐标;g?为重力加速度。
  将下载机器人的全部质量集中于机器人的重心,以当前ZMP点作为倒立摆的支点,则可将下载机器人简化成一个二维倒立摆模型[185],其摆动平面与支撑足构成的直线垂直。设下载机器人的重心坐标为假定地面平坦,电动手机机器人重心到地面的高度气为常量,则ZMP的位置(%zmp,yzinp,0)与重心坐标具有如下关系[186,尤
  _Tzmp_g又
  式中,g为重力加速度;\和yg分别为机器人重心沿*轴和y轴方向上的加速度。由式(8-12)可得:
  解微分方程(8-13)可得:
  ⑴
  式中,*g()和igQ分别表示初始时刻机器人重心在x轴方向上的位置和速度;/为单位矩阵;7X0为只依赖于时间t的状态转移矩阵——
  定义倒立摆系统随时间变化的状态矩阵为:
  式中,*(0和i(t)分别表示《时刻机器人重心在*轴方向上的位置和速度。当ZMP位置为Z=[*znip0]T时,可解得:
  =7X0
  因此,只要知道当前时刻ZMP的位置和初始时刻机器人重心的位置,便可求出下一时刻能够保持机器人稳定的重心的位置,从而可完成重心位置的规划。利用坐标变换的方法可由重心位置得到对应的机器人腿部在*方向上的落脚点[|88],再结合z方向落脚点与侧摆运动位置的关系即可得到机器人侧摆幅值的大小。
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