1、摆动相轨迹设计
基于第二节中提到的原则,文献[1]中提出了一种基于复合摆线形式的轨迹规划方法,并在文献[2]中得到了验证和使用。
针对机器人足底与地面接触时会产生滑动和行走过程中拖地问题,文献[2]对复合摆线规划方法提出了修改,修改后的摆动腿的步态规划轨迹定义为:
其中s为步幅, h为抬腿高度,t m 为摆动相周期现在我们来看提下它的图像,设定s = 100, h = 30, 周期t=2。
我们用python绘制该轨迹的图像如下:
为了更好地研究该轨迹的特性,我们接下来依次看x,y关于时间的位置,速度,加速度
2、轨迹改进
从表达式上分析,该轨迹的加速度方程是余弦函数的倍数,在 t=0 和 t=tm时刻会出现加速度跳变,根据f = m a
,这就导致了抬腿的瞬间要求产生较大的接触力。
从加速度图像亦能说明这一点。针对这一问题,文献[5]对 y 方向的位移方程提出了以下修改。
由于摆动腿在 y 轴运动需要先抬腿再落腿,借鉴 x 轴正弦方式运动的方法求解 y 轴位移曲线
先从加速度函数入手,我们设计成如下形式:
对上式进行积分求得速度函数:
对速度函数进行积分,求得位移函数为:
为了确定n的取值,我们来看看n取不同值时的速度图像,取t = 2 , h = 1 , s = 1
可以看出,当n越大时,y方向上的速度变化就越频繁,这可能会导致系统能耗的增加。
再来看位移图像:
从位移图像来看,只有当n取4时,轨迹才是平滑的。因此我们可以确定轨迹的最终形式为:
其中
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