1.一种基于足端与液压驱动单元等效刚度阻尼映射的控制方法,其特征在于:其包括以下步骤:S1、根据液压驱动机构的腿部配置构型,构建液压腿部模型;
S2、基于足端与液压驱动单元的转动关节之间的广义力关系及位置关系,得到足端与转动关节之间的等效刚度映射关系;
S3、基于转动关节与液压驱动单元之间的广义力关系及位置关系,得到转动关节与液压驱动单元之间的等效刚度映射关系,并结合步骤S1中的足端与转动关节之间的等效刚度映射关系建立足端与液压驱动单元之间的等效刚度映射关系,足端与液压驱动单元之间的等效刚度映射关系的表达式为:T
khx=inv(L)*(JθKcJθ+Kg)*inv(W);
其中,Kc为足端刚度矩阵,Kθ为关节刚度矩阵;khx为液压驱动单元刚度矩阵,L为液压驱动单元与关节力矩之间存在力臂矩阵,inv()表示对矩阵求逆,Jθ为雅克比矩阵;W为关节角T度与液压驱动单元伸长量映射关系求导后的得到的长度矩阵,(·)为矩阵或向量的转置;
f为足端广义力,为求导,θ为关节广义位移;
S4、基于足端与液压驱动单元的转动关节之间的广义力关系及位置关系,得到足端与转动关节之间的等效阻尼映射关系;
S5、基于转动关节与液压驱动单元之间的广义力关系及位置关系,得到转动关节与液压驱动单元之间的等效阻尼映射关系,并结合步骤S4中的足端与转动关节之间的等效阻尼映射关系,建立足端与液压驱动单元之间的等效阻尼映射关系,足端与液压驱动单元之间的等效阻尼映射关系的表达式为:其中,Bhx为液压驱动单元阻尼矩阵,Bc为足端阻尼矩阵,A为液压驱动单元伸出长度极小变化量矩阵;
S6、结合步骤S5和S3建立起的足端与液压驱动单元之间的等效刚度映射关系及等效阻尼映射关系,得到刚度阻尼映射关系的液压驱动单元阻抗控制模型,并对足端进行柔顺控制;基于刚度阻尼映射关系的液压驱动单元阻抗控制模型如下:式中,Fhx为液压驱动单元关节出力矩阵,Xp为液压驱动单元伸出长度矩阵;
S7、根据步骤S6得到的刚度阻尼映射关系的液压驱动单元阻抗控制模型进行求解,得到液压驱动单元伸出长度,并进行基于位置的阻抗控制,从而通过控制液压驱动单元进而精确控制足端刚度阻尼。
2.根据权利要求1所述的基于足端与液压驱动单元等效刚度阻尼映射的控制方法,其特征在于:所述足端与关节广义力的映射关系为:所述足端与关节广义力的极小变化量的映射关系表示为:式中,d(·)为极小的变化量,τ为关节广义力矩;
所述足端与关节广义位置极小变化量的映射关系为:dp=Jθ(dθ)
式中,p为足端广义位移,θ为关节广义位移;
所述足端与关节广义力、足端与广义位置的刚度关系分别为:df=Kcdp
dτ=Kθdθ
因此将所述足端与关节广义力极小变化量的映射关系表示为:同时消去dθ得到所述液压驱动型腿部足端与关节等效刚度映射关系为:其中
3.根据权利要求1所述的基于足端与液压驱动单元等效刚度阻尼映射的控制方法,其特征在于:所述液压驱动型腿部关节与液压驱动单元等效刚度映射关系具体通过以下步骤得到:在关节处,关节力矩与液压驱动单元受力之间的关系式为:τ=LF
式中,F为关节液压驱动单元出力矩阵;
其中
F=khxdxp;
所述关节力矩及液压驱动单元与广义位置的刚度关系分别表示为:τ=Kθ(dθ)
F=Khx(dxp)
其中,所述液压驱动单元位置与关节位置通过关节角度与液压驱动单元伸长量映射关系求导解得,关系式简写为:dxp=Wdθ;
所述关节与液压驱动单元广义力的映射关系表示为:kθ(dθ)=LkhxW(dθ)
之后消去dθ得到所述液压驱动单元刚度与关节等效刚度映射关系为:khx=inv(L)*kθ*inv(W)。
4.根据权利要求1所述的基于足端与液压驱动单元等效刚度阻尼映射的控制方法,其特征在于:所述足端与关节等效阻尼映射关系具体通过以下步骤得到:所述足端与关节广义力与广义位置极小变化量的阻尼关系分别为:f=Bc(dpref‑dp)
τ=Bθ(dθref‑dθ)
式中,Bθ为关节阻尼矩阵,下标(·)ref为期望值;
基于所述足端与关节广义力的映射关系,带入足端与关节广义力与广义位置极小变化量的阻尼关系,得出带所述阻尼参数的所述足端与关节广义力的映射关系:带入所述足端与关节广义位置极小变化量的映射关系,上述公式表示为:同时消去(dθref‑dθ)得出所述液压驱动型腿部足端与关节等效阻尼映射关系为:
5.根据权利要求1所述的基于足端与液压驱动单元等效刚度阻尼映射的控制方法,其特征在于:所述液压驱动型腿部关节与液压驱动单元等效阻尼映射关系推导过程如下:所述关节广义力和液压驱动单元广义力与广义位置极小变化量的阻尼关系分别为:τ=Bθ(dθref‑dθ)
F=Bhx(dxpref‑dxp);
其中,所述液压驱动单元与关节位置极小变化量关系表示为:(dxpref‑dxp)=A(dθref‑dθ)基于所述关节力矩与关节出力关系,代入液压驱动单元位置与关节位置通过关节角度与液压驱动单元伸长量映射关系求导关系,得出带所述阻尼参数的关节广义力与液压驱动单元广义力的映射关系:Bθ(dθref‑dθ)=LBhxA(dθref‑dθ);
同时消去(dθref‑dθ)得出所述液压驱动型腿部关节与液压驱动单元等效阻尼映射关系为:Bθ=LBhxA。