1.一种带半圆柱形足端的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述方法包括:将所述足式机器人的足端视为点足,基于D-H方法建立所述足式机器人腿部的单腿坐标系;
根据所述单腿坐标系确定所述足式机器人腿部的膝关节旋转角度和踝关节旋转角度;
建立带有半圆柱形足端的足式机器人腿部液压驱动系统的单腿运动学模型;
根据所述单腿运动学模型确定带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学正解;
对所述腿部液压驱动系统运动学正解进行逆运动学计算,生成带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学反解;
根据所述腿部液压驱动系统运动学反解对所述足式机器人腿部运动进行修正。
2.根据权利要求1所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述将所述足式机器人的足端视为点足,基于D-H方法建立所述足式机器人腿部的单腿坐标系,具体包括:将所述足式机器人的足端视为点足,基于D-H方法建立所述足式机器人腿部的单腿坐标系;所述单腿坐标系以所述足式机器人腿部的根关节为坐标原点O,水平向右为x0轴正方向,竖直向上为y0轴正方向,将大腿构件表示为线段OD,小腿构件表示为线段DF,将膝关节液压驱动单元伸出总长度表示为线段AB,踝关节液压驱动单元伸出总长度表示为线段CE;
OD与x0轴正向的旋转角度为膝关节旋转角度θ1,DF与OD延长线方向的旋转角度为踝关节旋转角度θ2;OD与OB所成的夹角为α;OA与x0轴负方向所成的夹角为β;所述单腿坐标系中关节旋转角度逆时针方向旋转为正方向;所述膝关节液压驱动单元伸出长度为Δxp1,所述踝关节液压驱动单元伸出长度为Δxp2。
3.根据权利要求2所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述根据所述单腿坐标系确定所述足式机器人腿部的膝关节旋转角度,具体包括:根据所述单腿坐标系,利用余弦定理求得∠AOB:
获取所述膝关节液压驱动单元的初始长度l01;
根据所述初始长度l01确定实际运动过程中所述膝关节液压驱动单元总长度AB为:AB=l01+Δxp1 (2-8)
由所述单腿坐标系中根关节O处的角度关系,可得∠AOB为:∠AOB=β+π+α+θ1(2-9)
由式(2-7)和式(2-8)代入式(2-9)联立可得所述膝关节旋转角度θ1为:
4.根据权利要求3所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述根据所述单腿坐标系确定所述足式机器人腿部的踝关节旋转角度,具体包括:在所述单腿坐标系的ΔCDE中,利用余弦定理可求得∠CDE:获取踝关节液压驱动单元的初始长度l02;
根据所述初始长度l02确定实际运动过程中踝关节液压驱动单元总长度CE为:CE=l02+Δxp2 (2-12)
由所述单腿坐标系中踝关节D处的角度关系可得:
θ2=π-∠ODC-∠EDF-∠CDE (2-13)由式(2-11)和式(2-12)代入式(2-13)联立可得所述膝关节旋转角度θ2为:
5.根据权利要求4所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述建立带有半圆柱形足端的足式机器人腿部液压驱动系统的单腿运动学模型,具体包括:以所述足式机器人腿部的根关节为原点O建立带有半圆柱形足端的足式机器人腿部液压驱动系统的单腿运动学模型;所述单腿运动学模型中平行于接触面向右为x0轴正方向,垂直于接触面向上为y0轴正方向;所述单腿运动学模型中,将大腿构件表示为线段OD,OD与x0轴正向的旋转角度为膝关节旋转角度θ1;所述单腿运动学模型中,Or为所述半圆柱形足端的圆心,Od为刚性筒中轴线与半圆柱形足端的矩形平面的交点,F为足落点的实际参考点,P为半圆柱形足端与地面实际接触点, 为 与 夹角,DOd与OD延长线方向的旋转角度为踝关节旋转角度θ2;所述足式机器人机身与接触面所成的夹角为 γ为OrF与DF的夹角。
6.根据权利要求5所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述根据所述单腿运动学模型确定带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学正解,具体包括:由所述单腿运动学模型中的结构关系可得 与 的夹角 为:由所述单腿运动学模型可得实际参考位置 和足端与地面实际接触点 的关系为:式(3-1)中 为:
其中l1为大腿构件OD的长度;l2为DOd的长度;
式(3-1)中 为:
其中R为所述半圆柱形足端的半径;
联合式(2-23)、式(3-1)、式(3-2)和式(3-3)可得 为:由式(3-4)得到带有半圆柱形足端的第一腿部液压驱动系统运动学正解为:其中x、y分别为点F的横、纵坐标;
以长度 和长度 构造直角三角形,ε为直角三角形斜边和长度为 的边的夹角,可得:
将式(3-6)和式(3-7)带入式(3-5),所述带有半圆柱形足端的第一腿部液压驱动系统运动学正解可转化为:利用式(2-10)和式(2-14)将式(3-8)整理可得,最终带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学正解如下:
7.根据权利要求6所述的足式机器人腿部运动学修正方法,其特征在于,所述对所述腿部液压驱动系统运动学正解进行逆运动学计算,生成带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学反解具体包括:对所述腿部液压驱动系统运动学正解(3-9)进行逆运动学计算,生成带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学反解为:
8.一种带半圆柱形足端的足式机器人腿部运动学修正系统,其特征在于,所述系统包括:单腿坐标系建立模块,用于将所述足式机器人的足端视为点足,基于D-H方法建立所述足式机器人腿部的单腿坐标系;
旋转角度计算模块,用于根据所述单腿坐标系确定所述足式机器人腿部的膝关节旋转角度和踝关节旋转角度;
单腿运动学模型建立模块,用于建立带有半圆柱形足端的足式机器人腿部液压驱动系统的单腿运动学模型;
运动学正解求解模块,用于根据所述单腿运动学模型确定带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学正解;
运动学反解求解模块,用于对所述腿部液压驱动系统运动学正解进行逆运动学计算,生成带有半圆柱形足端的腿部液压驱动系统运动学反解;
运动学修正模块,用于根据所述腿部液压驱动系统运动学反解对所述足式机器人腿部运动进行修正。
9.根据权利要求8所述的足式机器人腿部运动学修正系统,其特征在于,所述单腿坐标系建立模块具体包括:单腿坐标系建立单元,用于将所述足式机器人的足端视为点足,基于D-H方法建立所述足式机器人腿部的单腿坐标系;所述单腿坐标系以所述足式机器人腿部的根关节为坐标原点O,水平向右为x0轴正方向,竖直向上为y0轴正方向,将大腿构件表示为线段OD,小腿构件表示为线段DF,将膝关节液压驱动单元伸出总长度表示为线段AB,踝关节液压驱动单元伸出总长度表示为线段CE;OD与x0轴正向的旋转角度为膝关节旋转角度θ1,DF与OD延长线方向的旋转角度为踝关节旋转角度θ2;OD与OB所成的夹角为α;OA与x0轴负方向所成的夹角为β;
所述单腿坐标系中关节旋转角度逆时针方向旋转为正方向;所述膝关节液压驱动单元伸出长度为Δxp1,所述踝关节液压驱动单元伸出长度为Δxp2。
10.根据权利要求9所述的足式机器人腿部运动学修正系统,其特征在于,所述旋转角度计算模块具体包括:第一角度计算单元,用于根据所述单腿坐标系,利用余弦定理求得∠AOB:膝关节初始长度获取单元,用于获取所述膝关节液压驱动单元的初始长度l01;
膝关节总长度确定单元,用于根据所述初始长度l01确定实际运动过程中所述膝关节液压驱动单元总长度AB为:AB=l01+Δxp1 (2-8)
第二角度计算单元,用于由所述单腿坐标系中根关节O处的角度关系,得到∠AOB为:∠AOB=β+π+α+θ1(2-9)
膝关节旋转角度计算单元,用于由式(2-7)和式(2-8)代入式(2-9)联立得到所述膝关节旋转角度θ1为: