技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于四足仿生機器人的靜步態(tài)和對角小跑步態(tài)切換算法，其特征是，首先為標明足端擺動起始點和落足點在機體坐標系x方向的位置，定義足端與自身髖關(guān)節(jié)的相對位置hip_x，表示原則為以自身髖關(guān)節(jié)為原點，若落足點在原點前方則位置為正，在后方則為負；

具體過程是：

(1)定義間歇靜步態(tài)的六個發(fā)生步態(tài)切換的點：

采用的間歇靜步態(tài)，定義步長為L，一個周期分為六階段，定義六個切換點，六個階段的結(jié)束點分別命名為切換點SP1、切換點SP2、切換點SP3、切換點SP4、切換點SP5和切換點SP6，并給出各個切換點的四足hip_x值：

$SP1:\left\{\begin{array}{c}L{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=0\\ R{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=-\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

$SP2:\left\{\begin{array}{c}L{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=0\\ R{F}_{hip\_x}=-\frac{L}{2}\\ R{H}_{hip\_x}=\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

$SP3:\left\{\begin{array}{c}L{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=0\\ R{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

$SP4:\left\{\begin{array}{c}R{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=0\\ L{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=-\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

$SP5:\left\{\begin{array}{c}R{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=0\\ L{F}_{hip\_x}=-\frac{L}{2}\\ L{H}_{hip\_x}=\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

$SP6:\left\{\begin{array}{c}R{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=0\\ L{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=\frac{L}{2}\end{array}\right.;$

(2)定義對角小跑步態(tài)的作為接入點的所有狀態(tài)，并用hip_x值標定各狀態(tài)的足端位置：

采用的對角小跑步態(tài)定義步長為L'，將左前-右后腿定義為對角腿DL1，右前-左后腿定義為對角腿DL2；

一個trot周期內(nèi)對角小跑步態(tài)的接入點有兩個，分別為狀態(tài)C1和狀態(tài)C2；C1中，DL1位于自身髖關(guān)節(jié)前方半個步長，DL2位于自身髖關(guān)節(jié)后方半個步長；C2中，DL1位于自身髖關(guān)節(jié)后方半個步長，DL2位于自身髖關(guān)節(jié)前方半個步長；

位于自身髖關(guān)節(jié)后方半個步長的對角腿為下一階段擺動腿，另一對角腿為下一階段支撐腿，C1的下一對擺動足為DL2，C2的下一對擺動足為DL1；

各狀態(tài)點處四足的hip_x值如下：

$C1:\left\{\begin{array}{c}R{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=-\frac{L^{\′}}{2}\\ L{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=\frac{L^{\′}}{2}\end{array}\right.;$

$C2:\left\{\begin{array}{c}R{F}_{hip\_x}=L{H}_{hip\_x}=\frac{L^{\′}}{2}\\ L{F}_{hip\_x}=R{H}_{hip\_x}=-\frac{L^{\′}}{2}\end{array}\right..$

(3)節(jié)律控制隊列：

①執(zhí)行第一切換隊列，進行重心的調(diào)整，在左右方向?qū)⒅匦恼{(diào)至中心位置，在前后方向上，選取x值較大的一側(cè)足，得到這一側(cè)足的前后落足點中心位置作為重心投影在前后方向的位置；

②執(zhí)行第二切換隊列，重心加速前進，由四足中hip_x最小的足所在的對角腿作為本階段擺動對角腿，若有兩個足hip_x都為最小，后腿優(yōu)先；在重心前移距離不變的情況下，使擺動的對角腿相對于自身髖關(guān)節(jié)的hip_x變?yōu)長'/2，并進入下一切換隊列；

③執(zhí)行第三切換隊列，重心加速前進，控制另一對角腿向前擺動，使其hip_x達到L'/2；這一階段結(jié)束點處四足hip_x值與trot步態(tài)兩接入狀態(tài)hip_x值比較，選擇hip_x值相同的狀態(tài)作為trot步態(tài)接入點；

(4)模式控制：

walk-to-trot步態(tài)切換中，除了要改變節(jié)律之外，步長S、周期T、重心移動速度v都需要進行相應(yīng)調(diào)整，三者關(guān)系為v＝S/T，但是，間歇靜步態(tài)的重心前移并不是均勻分布在整個周期中，而是集中在1/3個周期，因此，將間歇靜步態(tài)重心的實際移動速度記為：v_walk＝3L/T_walk，而對trot步態(tài)一個周期的兩個階段來說，重心不斷前移，速度記為：v_trot＝2L'/T_trot，其中，L'為trot步態(tài)的步長，T_trot為其周期；

為保證步態(tài)切換過程中重心移動速度的連續(xù)性，希望得到一個合適的加速度，使得機器人在開始切換到切換完成的過程中達到下列目標：

①切換隊列起點速度為v_walk；

②切換隊列終點速度為v_trot；

③三個切換隊列速度連續(xù)，加速度保持不變。

其中，三個切換隊列任意時刻重心移動距離記為L_t，速度記為v_t，兩者和時間的關(guān)系分別為：

L_t＝v_walkt+0.5at²，

v_t＝v_walk+at，

由于切換隊列結(jié)束點的重心移動距離L_sum和速度v_trot已知，并設(shè)三個切換隊列用時為T_sum，將下列條件t＝T_sum,L＝L_sum,v_t＝v_trot帶入以上公式L_t＝v_walkt+0.5at²和v_t＝v_walk+at：

求得

因此，切換隊列的開始點到結(jié)束點之間速度變化是一個關(guān)于時間t的函數(shù)，如下公式：

$v_t=v_{walk}+\frac{{v_{trot}}^2-{v_{walk}}^2}{2L_{sum}}t,$

這樣，就保證了由walk步態(tài)向trot步態(tài)切換過程中速度變化連續(xù)性，從而，提高轉(zhuǎn)換過程中機器人的平滑穩(wěn)定性；

(5)改進的泛穩(wěn)定裕量失穩(wěn)判據(jù)法：

首先，利用以下公式對于零力矩投影點在不受慣性力影響和受到慣性力影響兩種情況在前進方向的差值d進行計算：

${\∫}_0^{d}mg\frac{x}{h}dx=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2;$

其中，h為機體重心高度，v為停止瞬間機體前進速度。

求得d值如下：

$d=\sqrt{\frac{v^{2}h}{g}};$

為使機器人保持原有穩(wěn)定域度，不受慣性力帶來的影響，首先，在勻加速開始的第一周期內(nèi)，使四足擺動較給定標準步長短d，支撐多邊形在其它情況不變的基礎(chǔ)上也較原來的支撐多邊形少向前移動d；然后，恢復(fù)給定標準步長，使改進的支撐多邊形始終位于改進前支撐多邊形后方d處；最后，當勻加速運動結(jié)束時，在一個周期內(nèi)使足端向前擺動步長較標準步長增加d，恢復(fù)為改進前的支撐多邊形。