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申请/专利权人：燕山大学

摘要：本发明提供了一种液压四足机器人机电液控感仿真平台搭建方法，其包括：通过足端轨迹规划模块，对液压四足机器人的足端轨迹进行规划，通过运动学模块得到液压四足机器人D‑H坐标角，通过关节空间与液压驱动单元行程映射模块得到液压驱动单元期望行程，通过液压驱动单元位置控制模块得到液压驱动单元实际旋转角度和实际行程，在MatlabSimMechanics工具箱中建立动力学模型模块，根据各模块间信号流转与各关节驱动单元受力与负载力之间的关系，共同构建得到液压四足机器人机电液控感仿真平台，进而验证所建立的液压四足机器人机电液控感仿真平台的行程和速度结果的准确性。本发明借助Matlab中SimMechanics工具箱，对液压四足机器人进行模块化仿真设计，缩短设计和优化周期。

主权项：1.一种液压四足机器人机电液控感仿真平台搭建方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、通过液压四足机器人的足端轨迹规划模块，对液压四足机器人的足端轨迹进行规划，使其足端形成连续轨迹；S11、选取液压四足机器人的实验步态，由五次多项式对足端进行轨迹规划；S12、基于MatlabSimMechanics工具箱，利用足端轨迹规划方程搭建足端轨迹规划模块；S2、以液压四足机器人足端坐标{X,Y,Z}为运动输入量，通过运动学模块得到液压四足机器人D-H坐标角{CT1,CT2,CT3}；S21、根据液压四足机器人各关节关系建立D-H坐标系，并确定相应参数；S22、根据D-H坐标系和腿部结构参数，获得液压四足机器人运动学正解；S23、根据D-H坐标系、腿部结构参数和液压四足机器人运动学正解，获得液压四足机器人运动学逆解；S24、以杆件长度a、足端坐标{X,Y,Z}为变量，利用函数关系，在MatlabSimMechanics工具箱中完成运动学模块搭建，得到液压四足机器人D-H坐标角{CT1,CT2,CT3}；S3、以液压四足机器人D-H坐标角{CT1,CT2,CT3}作为驱动输入量，通过关节空间与液压驱动单元行程映射模块，得到液压驱动单元期望行程{CT1,L2,L3}；S31、根据运动学逆解得到的液压四足机器人D-H坐标角，得到液压驱动单元的行程；S32、以θ1、θ2和θ3为变量，利用函数关系，在MatlabSimMechanics工具箱中完成对关节空间与液压驱动单元行程映射模块的搭建，得到液压驱动单元的期望行程{CT1,L2,L3}；S4、以关节空间与液压驱动单元行程映射模块得到液压驱动单元的期望行程{CT1,L2,L3}、动力学模型采集回的力矩Torque与力Force作为负载力为实际驱动输入量，输入液压驱动单元位置控制模块，并得到液压驱动单元实际旋转角度Xc和实际行程{Xp2,Xp3}；S5、根据液压四足机器人的机械结构，构建液压四足机器人的动力学模型模块，绘制液压四足机器人的三维模型，并设置材料和质量的相关属性，在MatlabSimMechanics工具箱中建立液压四足机器人的动力学模型模块；S6、根据液压四足机器人的所述足端轨迹规划模块、运动学模块、关节空间与液压驱动单元行程映射模块、液压驱动单元位置控制模块和动力学模型模块间信号流转与各关节驱动单元受力与负载力之间的关系，共同构建得到液压四足机器人机电液控感仿真平台；S7、验证所建立的液压四足机器人机电液控感仿真平台的行程和速度结果的准确性；S71、对理论计算得到的液压驱动单元期望行程、液压驱动单元位置控制模块得到的液压驱动单元实际行程和机电液控感仿真平台测量得到的仿真行程进行验证；S72、对液压四足机器人理论计算速度和仿真测量速度结果进行对比验证；所述步骤S11具体包括以下步骤：S111、支撑相时，液压四足机器人足端轨迹为： 其中，czlj表示着地相液压四足机器人足端z方向轨迹的第j次多项式系数，j＝0,1,…,5；T表示液压四足机器人单腿向前迈一步的周期；zlt表示支撑相时t时刻液压四足机器人足端z向坐标；xlt表示支撑相时t时刻液压四足机器人足端x向坐标；S112、根据液压四足机器人Trot步态特点，式1的边界条件为： 其中，zl0,表示支撑相时液压四足机器人足端z向初始坐标、初始速度和初始加速度；S表示步长；分别表示支撑相时时刻液压四足机器人足端z向坐标、速度和加速度；vt表示着地相腿的速度；S113、根据边界条件，计算得到液压四足机器人支撑相时的足端轨迹为： S114、摆动相时，液压四足机器人足端轨迹为： 其中，czsj表示摆动相液压四足机器人足端z方向轨迹的第j次多项式系数；cxs1j表示摆动相液压四足机器人足端x方向抬腿轨迹的第j次多项式系数；cxs2j表示摆动相液压四足机器人足端x方向落腿轨迹的第j次多项式系数；zst表示摆动相时t时刻液压四足机器人足端z向坐标；xst表示摆动相时t时刻液压四足机器人足端x向坐标；S115、根据液压四足机器人Trot步态特点，式4的边界条件为： 其中，分别表示摆动相时刻液压四足机器人足端z向坐标、速度和加速度；zsT,分别表示摆动相T时刻液压四足机器人足端z向坐标、速度和加速度；分别表示摆动相时刻液压四足机器人足端x向坐标、速度和加速度；分别表示摆动相时刻液压四足机器人足端x向坐标、速度和加速度；xsT,分别表示摆动相T时刻液压四足机器人足端x向坐标、速度和加速度；S116、根据边界条件，计算得到液压四足机器人摆动相时足端轨迹为： 其中，H表示步高；S117、式3和式6组成液压四足机器人足端的一个步行周期轨迹，进而计算液压四足机器人Trot步态下的足端轨迹；所述步骤S22具体包括以下步骤：S221、根据D-H坐标系内容，规定连杆关系：ai-1表示从zi-1到zi沿xi-1的距离；αi-1表示从zi-1到zi沿xi-1旋转的角度；di表示从xi-1到xi沿zi的距离；θi表示从xi-1到xi沿zi旋转的角度；2b表示机器人机身长度；2w表示机器人机身宽度；h表示机器人机身高度；S222、根据D-H坐标系中连杆关系，当i＞1时，连杆i与连杆i-1间的位姿转换关系式 S223、将液压四足机器人前腿单腿机械部分参数代入式7，得到液压四足机器人单腿足端至过渡坐标{0}运动学正解位姿变换矩阵为： 其中，规定简写符号分别表示为S1＝sinθ1,C1＝cosθ1,S23＝sinθ2+θ3,C23＝cosθ2+θ3；S224、从液压四足机器人机身过渡坐标系{0}至足端坐标系{4}的足端位置变换关系为： 其中，分别表示液压四足机器人机身过渡坐标系{0}至足端坐标系{4}的足端x、y、z位置变换关系；所述步骤S23具体包括以下步骤：S231、根据D-H坐标系，定义液压四足机器人足端坐标系{4}相对于液压四足机器人机身过渡坐标系{0}位姿变换关系式 其中，分别表示足端坐标系{4}中i单位主矢量相对于过渡坐标系{0}的方向余弦；分别表示足端坐标系{4}中j单位主矢量相对于过渡坐标系{0}的方向余弦；分别表示足端坐标系{4}中k单位主矢量相对于过渡坐标系{0}的方向余弦；S232、用和左乘得到： 即： S233、根据式12解得θ1、θ2、θ3，分别为：

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