移动平台的参数确定方法以及移动平台与流程

1.本公开的实施例涉及一种移动平台的参数确定方法、移动平台以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.移动机器人(robot)是可以自动执行工作任务的机械装置。它既可以实时地接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类的部分工作，例如应用于制造业、建筑业或者一些危险的工作。根据移动方式的不同，移动机器人被划分为：轮式移动机器人、足式移动机器人、蛇形移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等。
3.然而，在移动机器人中，存在由于移动机器人的各个组件的尺寸选取不当而不能使得移动机器人的运动能力达到最大化的情况。移动机器人的动力装置也可能存在多种选型，不同选型的动力装置也会导致移动机器人的运动能力有所不足。
4.同时，对于不同型号的移动机器人，移动机器人的各个组件的尺寸和动力装置的选择常常受限于各种因素。目前，在移动机器人的设计阶段，如何通过设计移动机器人的各个组件的尺寸和选择动力装置来优化移动机器人的运动能力和功能仍是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本公开的至少一个实施例提供一种移动平台的参数确定方法，其中，所述移动平台包括动力输出装置和连杆组件，所述动力输出装置用于驱动所述连杆组件以使得所述移动平台向上跳跃，所述方法包括：获取所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及获取所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围；基于所述连杆组件的运动学特性，利用所述连杆组件的至少一个参数来构造运动学模型；基于所述动力输出装置的动力学特性，利用所述动力输出装置的至少一个参数来构造动力学模型；基于所述动力学模型和所述运动学模型，在所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围内，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合；以及基于所述跳跃状态参数集合，确定所述连杆组件的至少一个参数的取值和所述动力输出装置的至少一个参数的取值。
6.例如，在所述移动平台向上跳跃过程中，所述动力输出装置驱动所述连杆组件转动，所述连杆组件中与动力输出装置直接传动连接的组件的转动的角度为所述关节转动角度，所述关节转动角度的改变带动所述移动平台的平台高度的改变。
7.例如，所述基于所述连杆组件的运动学特性构造运动学模型，包括：从连杆组件的参数的预设取值范围中，获取所述连杆组件的参数的假设值；基于所述关节转动角度和所述连杆组件的参数的假设值，确定所述移动平台的平台高度；以及基于所述平台高度，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃速度，以构造所述运动学模型。
8.例如，所述基于所述动力输出装置的动力学特性，构造动力学模型，包括：从动力输出装置的参数的预设取值范围中，获取所述动力输出装置的参数的假设值；基于所述动力输出装置的参数的假设值，确定所述动力输出装置向所述移动平台输出的能量；以及基于所述动力输出装置向所述移动平台输出的能量、所述跳跃速度、所述平台高度，构造动力学模型。
9.例如，所述确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合，包括：遍历连杆组件的参数的预设取值范围和动力输出装置的参数的预设取值范围；对于所述连杆组件的参数的预设取值范围中的每个假设值、和所述动力输出装置的参数的预设取值范围中的每个假设值：基于所述动力学模型和所述运动学模型，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的所述跳跃速度的极值，并将所述跳跃速度中的极值作为所述移动平台的起跳速度；基于所述起跳速度，确定所述移动平台在向上跳跃过程中达到的高度极值；将多个高度极值确定为所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合。
10.例如，所述基于所述跳跃状态参数集合，确定所述连杆组件和所述动力输出装置的参数，还包括：确定跳跃状态参数集合中的最大值；基于所述跳跃状态参数集合中的最大值，将所述跳跃状态参数集合中的最大值对应的连杆组件的参数的假设值确定为所述连杆组件的参数，并且将所述跳跃状态参数集合中的最大值对应的所述动力输出装置的参数的假设值确定为所述动力输出装置的参数。
11.例如，所述动力输出装置，包括第一电机和第二电机，所述第一电机包括所述第一转动轴，所述第二电机包括所述第二转动轴，第一转动轴和第二转动轴平行设置，所述第一转动轴和所述第二转动轴的至少之一被配置为输出动力；所述连杆组件，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的第一端部与所述第一转动轴固定连接，所述第一连杆的第二端部与所述第二连杆的第一端部铰接以形成第一转动副，所述第二连杆的第二端部与所述第三连杆的第一端部铰接以形成第二转动副，所述第三连杆的第二端部与所述第四连杆的第一端部铰接以形成第三转动副，所述第四连杆的第二端部与所述第二转动轴固定连接。
12.例如，所述连杆组件的参数包括以下各项中的至少一项：所述第一连杆的长度、所述第二连杆的长度、所述第三连杆的长度、所述第四连杆的长度、和第一转动轴与第二转动轴之间的距离；所述动力输出装置的参数包括以下各项中的至少一项：第一电机的力矩、第一电机的转速、第二电机的力矩和第二电机的转速。
13.例如，所述移动平台的高度水平线为第一转动轴和第二转动轴之间的连线，其中，所述关节转动角度为自所述高度水平线顺时针转动到第一连杆的角度；所述平台高度为所述移动平台的高度水平线距离地面的垂直距离。
14.例如，所述移动平台的平台高度与所述关节转动角度的关系为：
[0015][0016]
其中，h(θ)为平台高度，θ为关节转动角度，l1为第一连杆的长度，l2为第二连杆的长度，l0为第一转动轴与第二转动轴之间的距离，以及所述运动学模型为：
[0017][0018]
其中，v为跳跃速度，为关节转动角度的角速度。
[0019]
例如，在第一连杆的长度l1小于第二连杆的长度l2的情况下，关节转动角度的初始值
[0020]
在第一连杆的长度l1大于等于第二连杆的长度l2的情况下，关节转动角度的初始值θ0＜π；
[0021]
在第二连杆的长度l2小于的情况下，关节转动角度的最大值的情况下，关节转动角度的最大值
[0022]
例如，所述动力学模型为：
[0023][0024]
其中，θ为关节转动角度，θ0为关节转动角度的初始值，t(θ-θ0)为所述动力输出装置在驱动第一连杆从θ0转动到θ的过程中向所述移动平台输出的能量，m为移动平台的质量，g为重力加速度，h为平台高度，v为跳跃速度。
[0025]
本公开的至少一个实施例还提供一种移动平台，所述移动平台包括动力输出装置和连杆组件，所述动力输出装置用于驱动所述连杆组件，其中，所述动力输出装置和所述连杆组件的参数根据前述的移动平台的参数确定方法来确定。
[0026]
本公开的至少一个实施例还提供一种移动机器人，包括根据上述任一项所述的移动平台。
[0027]
本公开的至少一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读的指令，当利用计算机执行所述指令时执行上述的方法。
[0028]
本公开的实施例提供一种移动平台的参数确定方法。利用本公开提供的参数确定方法可以在给定移动机器人的参数的预设范围的情况下，通过合理选择移动机器人的参数有效地使动力装置的力矩发挥最大的优势，以优化移动机器人的运动能力。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
[0030]
图1为移动平台的示意图。
[0031]
图2a为根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法的流程图。
[0032]
图2b为根据本公开至少一实施例的移动平台的连杆组件的简化示意图。
[0033]
图3为根据本公开至少一实施例的移动平台的三维结构图。
[0034]
图4a至图4c为根据本公开至少一实施例的移动平台的第一并联式腿部机构的运
动原理示意图。
[0035]
图5为根据本公开至少一实施例的移动平台的起跳前和起跳后的对比图。
[0036]
图6是根据本公开至少一实施例的移动平台的动力输出装置在不同的电压下力矩和转速的三种变化曲线。
[0037]
图7是根据本公开至少一实施例的移动平台的跳跃状态参数的变化曲线图。
[0038]
图8a是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中的进行连杆组件的尺寸优化的流程图。
[0039]
图8b是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中，在固定第一连杆的长度的同时改变第二连杆的长度的情况下，跳跃状态参数集合的变化曲线图。
[0040]
图8c是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中，在固定第一连杆的长度与第二连杆的长度的比例的同时改变第一连杆的长度的情况下，跳跃状态参数集合的变化曲线图。
[0041]
图9为根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法的另一示意图。
具体实施方式
[0042]
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0043]
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0044]
根据移动方式的不同，移动机器人被划分为：轮式移动机器人、足式(步行)移动机器人、蛇形移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等。轮式机器人依靠轮子滚动来实现移动，适用于平坦路面，稳定性好，但是其越障性能不足。足式机器人依靠类似于人或动物足部的运动来实现移动，具有良好的越障性能，能够适用于复杂地形、不连续地形等，但是其稳定性较差、能量利用率较低，并且在运动时机器人本体受到足部的冲击力较大。
[0045]
目前，还存在一种机器人或移动平台。移动平台具有轮式机器人和足式机器人的复合移动功能，既能够适用于复杂地形、不连续地形，又具有较高的稳定性和较高的能量利用率，并且在运动时移动平台本体受到轮足部的冲击力较小。
[0046]
图1为移动平台100的结构示意图。
[0047]
该移动平台100包括动力输出装置101、连杆组件102以及轮子103。可选地，移动平台100包括可以包括多组动力输出装置101、连杆组件102以及轮子103，以使得移动平台100在行进过程中保持稳定。
[0048]
动力输出装置101可以驱动连杆组件102以使得移动平台100向上跳跃。由此，该移动平台100可具有良好的越障性能，能够适用于复杂地形、不连续地形等。
[0049]
连杆组件102和轮子103相连部分还可以设置有另一动力输出装置，该动力输出装置驱动连杆组件102以使得轮子向各个方向滚动，从而实现移动平台100在平面上进行移动。由此，该移动平台100可在平坦路面上稳定移动。
[0050]
现有移动平台中连杆组件的尺寸(例如连杆组件102中的各个组件的长度、宽度、半径等等)通常采用经验值来确定，存在由于连杆组件的尺寸选取不当而不能实现良好向上跳跃的运动能力的情况。且进一步地，当移动平台的动力输出装置的参数(例如，最大转速、最大力矩、转速和力矩变化曲线等等)发生变化时，也需要根据动力输出装置的力矩的变化合理地改变连杆组件的尺寸，以使得移动平台能够充分利用动力输出装置输出的动能，提高能量利用率。
[0051]
本公开的实施例提供一种移动平台的参数确定方法，其中，所述移动平台包括动力输出装置和连杆组件，所述动力输出装置用于驱动所述连杆组件以使得所述移动平台向上跳跃，所述方法包括：获取所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及获取所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围；基于所述连杆组件的运动学特性，利用所述连杆组件的至少一个参数来构造运动学模型；基于所述动力输出装置的动力学特性，利用所述动力输出装置的至少一个参数来构造动力学模型；基于所述动力学模型和所述运动学模型，在所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及获取所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围内，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合；以及基于所述跳跃状态参数集合，确定所述连杆组件的至少一个参数的取值和所述动力输出装置的至少一个参数的取值。
[0052]
本公开提供的移动平台的参数确定方法可以在给定移动机器人的参数的预设取值范围的情况下，通过合理选择移动机器人的参数有效地使动力装置的力矩发挥最大的优势，以优化移动机器人的运动能力。
[0053]
图2a为根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法200的流程图。图2b为根据本公开至少一实施例的移动平台2000的连杆组件的简化示意图。
[0054]
如图2b所示，移动平台2000包括至少一个动力输出装置2010和至少一个连杆组件2020。动力输出装置2010可以驱动连杆组件2020以使得移动平台2000向上跳跃。本公开所述的向上跳跃是指移动平台2000的质心在竖直向上的方向上具备一定速度分量即可，并不要求移动平台2000完全垂直于地面向上运动。可选地，当平台2000向上跳跃的过程中，轮子2030可以离开地面。
[0055]
动力输出装置2010包括电机(未示出)和转动轴2011。连杆组件2020包括第一连杆2021和第二连杆2022。电机输出动力以使得转动轴2011通过转动，进而带动第一连杆2021转动。可选地，连杆组件2020中与动力输出装置2010直接传动连接的组件(例如图2b中的第一连杆2021)的转动的角度为移动平台2011的关节转动角度。例如，可以根据第一连杆2021与水平方向的夹角来确定移动平台2011的关节转动角度。参见图2b，其示出了关节转动角度的一个示例，将转动轴2011所在的水平线定义为高度水平线。所述关节转动角度为自高度水平线顺时针转动到第一连杆的角度。高度水平线距离地面的垂直距离可被定义为平台高度。
[0056]
例如，第一连杆2021如图2b所示的绕转动轴2011逆时针转动一定的关节转动角度，以使得移动平台2000的质心向下移动，从而带动移动平台2000的平台高度的改变。
[0057]
动力输出装置2010通过驱动第一连杆2021的转动，给地面施加一个压力，地面向移动平台施加一个反作用力。当关节转动角度达到一定角度时，地面向移动平台施加的反作用力已经足够大(例如，大于移动平台2000的质量)，以使得移动平台2000向上跳跃，甚至离开地面。
[0058]
值得说明的是，虽然图2b中仅示例示出了一种连杆组件2020和动力输出装置2010的连接方式。但是本领域技术人员应当理解，连杆组件2020和动力输出装置2010的连接方式还可以有其他方式，连杆组件2020也可以包括更多或更少的数量的连杆，本公开对此不进行限制，只要能够实现动力输出装置能够驱动连杆组件以使得移动平台能够向上跳跃即可。此外，移动平台2000还可以包括多组连杆组件2020和动力输出装置2010。本公开不对连杆组件2020和动力输出装置2010的数量进行限定。
[0059]
为了提高移动平台2000的运动能力，使得移动平台2000的向上跳跃的跳跃速度和跳跃高度最大化以越过更多的障碍物，需要对移动平台2000的参数进行进一步的优化。可选地，移动平台2000的参数包括：第一连杆2021的长度、第二连杆2022的长度、动力输出装置2010输出的力矩、动力输出装置2010中的电机的转速、动力输出装置2010在驱动移动平台2000向上跳跃的过程中输出的能量等等。值得说明的是，根据连杆组件2020和动力输出装置2010的连接方式、以及连杆组件2020的结构的不同，移动平台2000还可以包括更多或更少的参数，本公开不对移动平台2000的参数的数量和类型进行限制。
[0060]
为了对移动平台2000的参数进行进一步优化，参见图2a，方法200可以包括步骤s201至步骤s205。
[0061]
在步骤s201中，获取连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及获取动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围。
[0062]
所述连杆组件的至少一个参数旨在表征连杆组件中的各个组件的属性。例如，在连杆组件具有多个连杆的情况下，连杆组件的至少一个参数包括各个连杆的长度、宽度、质量、材质、各个连杆之间的相对比例等等。本公开不对连杆组件的至少一个参数的数量和类型进行限制。连杆组件的至少一个参数的预设取值范围例如可以为由于连杆组件的结构特性导致的连杆各个组件的各个连杆的物理限制。其也可以为设计师进行尺寸设计的经验范围、设计师输入的预设范围、或计算机基于用户输入的要求进一步计算得到的数值。本公开的实施例不受连杆组件的至少一个参数的预设取值范围的来源及计算方式的限制。
[0063]
所述动力输出装置的至少一个参数旨在表征动力输出装置中的各个组件的属性。例如，在动力输出装置使用电机来驱动连杆组件的情况下，动力输出装置的至少一个参数包括电机的扭矩(转矩)、转速、力矩、型号、转速-扭矩曲线、最大输出能量等等。本公开不对动力输出装置的至少一个参数的数量和类型进行限制。所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围例如可以为由于动力输出装置的型号导致的物理限制。其也可以为设计师进行电机选型的经验范围、设计师输入的预设范围、或计算机基于用户输入的要求进一步计算得到的数值。本公开的实施例不受动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围的来源及计算方式的限制。
[0064]
此外，本公开的实施例不受动力输出装置和连杆组件的数量的限制。
[0065]
在步骤s202中，基于所述连杆组件的运动学特性，利用所述连杆组件的至少一个参数来构造运动学模型。
[0066]
移动平台的运动模型旨在表征该移动平台所具有的运动学特征，例如其中包括的刚体的数目、刚体间的运动关系等。可选地，所述移动平台所具有的运动学特征，例如是移动平台2000向上跳跃的质心的速度变化过程和位移变化过程等。本公开的实施例不受所述移动平台的运行学模型的具体建立方式的限制。
[0067]
例如，在移动平台向上跳跃过程中，动力输出装置驱动连杆组件转动。在这样的情况下，移动平台2000向上跳跃的质心的速度变化过程和位移变化过程基于所述移动平台的关节转动角度变化和平台高度变化。其中，所述连杆组件中与动力输出装置直接传动连接的组件的转动的角度为所述移动平台的关节转动角度，移动平台2000的质心或最高点距离地面的垂直距离为移动平台2000的平台高度。关节转动角度的改变将带动所述移动平台的平台高度的改变。例如，可以根据第一连杆2021与水平方向的夹角来确定移动平台2011的关节转动角度。参见图2b，其示出了关节转动角度的一个示例。例如，在未离地时，第一连杆2021如图2b所示的绕转动轴2011逆时针转动一定的关节转动角度，以使得移动平台2000的质心向下移动(该过程类似于下蹲起跳)，从而带动移动平台2000的平台高度的改变。
[0068]
例如，步骤s202还可以包括：从连杆组件的参数的预设取值范围中，获取连杆组件的参数的假设值。其中，连杆组件的参数的假设值为连杆组件的参数的预设取值范围中的任意一个值，以计算在给定该连杆组件的参数的假设值的情况下，移动平台2000的运动能力。接着，基于该连杆组件的参数的假设值，确定移动平台的平台高度。例如，在如图2b所示的连杆组件的情况下，移动平台在未离地的情况下，最大平台高度为连杆组件中第一连杆2021和第二连杆2022的长度之和。而平台高度在起跳阶段(移动平台2000离地之前)，平台高度将随着关节转动角度的增加而减小。例如，足式移动平台2000通过转动轴的转动以进行下蹲起跳准备，此时平台高度将随之减小。由此，在给定连杆组件的结构的情况下，可以基于连杆组件的参数的假设值和关节转动角度，来确定足式移动平台2000的平台高度。通常情况下平台高度在单位时间内的变化即为移动平台2000在跳跃过程中的跳跃速度。跳跃速度旨在表征移动平台2000的质心在竖直向上的方向上的速度分量。由此，可以基于所述平台高度，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃速度，以构造所述运动学模型。
[0069]
由此，可以通过所获得的运动学模型，来表征连杆组件的各个属性对移动平台2000的运动能力的影响/限制。
[0070]
在步骤s203中，基于所述动力输出装置的动力学特性，利用所述动力输出装置的至少一个参数来构造动力学模型。
[0071]
所述移动平台的动力学模型旨在表征该移动平台所具有的动力学特征，例如其中包括的刚体的数目、刚体间的能量传递/转化关系等。可选地，所述移动平台所具有的动力学特征，例如是动能定理、动量定理、牛顿定理等。所述动力学模型还可以基于该动力输出装置自身的电流、转矩、转速关系建立，或者也可以基于所述动力输出装置的其他组成参数或者所述动力输出装置与移动平台中的其他部件的关系建立。本公开的实施例不受所述移动平台动力学模型的具体建立方式的限制。
[0072]
例如，步骤s203还包括从动力输出装置的参数的预设取值范围中，获取所述动力输出装置的参数的假设值。其中，动力输出装置的参数的假设值为动力输出装置的参数的
预设取值范围中的任意一个值，以计算在该动力输出装置的参数的假设值下，移动平台2000的运动能力。接着，基于动力输出装置的参数的假设值，确定所述动力输出装置向所述移动平台输出的能量。根据能量守恒定律/动量守恒定律，所述动力输出装置向所述移动平台输出的能量将转化移动平台2000起跳后的动能和势能。由此，可以基于所述动力输出装置向所述移动平台输出的能量、所述跳跃速度、所述平台高度，来构造动力学模型。
[0073]
在步骤s204中，基于所述动力学模型和所述运动学模型，在所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围内，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合。
[0074]
例如，可以通过遍历连杆组件的参数的预设取值范围和动力输出装置的参数的预设取值范围，来获得对应于所述连杆组件的参数的每个假设值和所述动力输出装置的参数的每个假设值的移动平台2000的运动能力。可选地，对于所述连杆组件的参数的假设值和所述动力输出装置的参数的假设值的每个组合，可以获得其对应的跳跃状态参数。这些跳跃参数组成的集合即为所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合。移动平台2000的运动能力可以由上述的跳跃状态参数来表征。跳跃状态参数包括但不限于：所述移动平台在向上跳跃过程中的能够达到的最大平台高度、最大跳跃速度等。
[0075]
例如，对于所述连杆组件的参数的预设取值范围中的每个假设值、和所述动力输出装置的参数的预设取值范围中的每个假设值，可以循环地执行以下步骤。
[0076]
基于所述动力学模型和所述运动学模型，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的所述跳跃速度的极值，并将所述跳跃速度中的极值作为所述移动平台的起跳速度。所述极值可以在跳跃速度的向上加速度为零时出现，此时，跳跃速度达到最大且移动平台2000离开地面。基于该起跳速度，可以确定所述移动平台在向上跳跃过程中达到的高度极值。根据动能定理和动量定理，当移动平台2000的势能最高时动能最低，也即当移动平台2000的平台高度达到最高点时，移动平台2000的跳跃速度为0。而在移动平台2000起跳时，移动平台2000的动能达到最高，势能最低。由此，可以通过起跳速度，来确定移动平台2000能够达到的最高平台高度。这里仅以起跳速度和平台高度的计算为例来说明，对于所述连杆组件的参数的预设取值范围中的每个假设值、和所述动力输出装置的参数的预设取值范围中的每个假设值，如何获得移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数，本领域技术人员应当理解，其它跳跃参数也可以通过类似的方式来获取，比如跳跃的向上加速度、离地高度等等。
[0077]
由此，对于所述连杆组件的参数的预设取值范围中的每个假设值、和所述动力输出装置的参数的预设取值范围中的每个假设值，可以获得其对应的跳跃状态参数。这些跳跃参数组成的集合即为所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合。
[0078]
在步骤s205中，基于所述跳跃状态参数集合，确定所述连杆组件的至少一个参数的取值和所述动力输出装置的至少一个参数的取值。
[0079]
例如，根据所获得的跳跃状态参数集合，可以从中选取该跳跃状态参数集合中的最大值。然后，基于所述跳跃状态参数集合中的最大值，将所述跳跃状态参数集合中的最大值对应的连杆组件的参数的假设值确定为所述连杆组件的参数，并且将所述跳跃状态参数集合中的最大值对应的所述动力输出装置的参数的假设值确定为所述动力输出装置的参数。
[0080]
由此，根据本公开的实施例，可以在该连杆组件的参数的预设取值范围和动力输
出装置的参数的预设取值范围中，找到能够实现移动平台2000的运动能力最大化的一组连杆组件的参数取值(假设值)、和动力输出装置的参数取值(假设值)。
[0081]
由此，本公开提供的移动平台的参数确定方法实现了在给定移动机器人的参数的预设取值范围的情况下，通过合理选择移动机器人的参数，有效地使动力装置的力矩发挥最大的优势，以优化移动机器人的运动能力。
[0082]
图3为根据本公开至少一实施例的移动平台的三维结构图，该移动平台为一种典型的轮足式移动平台。
[0083]
例如，如图3所示，本公开至少一实施例提供的移动平台包括机架310、第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330。
[0084]
例如，如图3所示，第一并联式腿部机构320的运动平面和第二并联式腿部机构330的运动平面相互平行。
[0085]
例如，如图3所示，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330具有镜像对称的结构。
[0086]
需要说明的是，本领域技术人员应该知道，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330具有镜像对称的结构，是指存在一个平面，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330关于该平面对称。另外，由于第一并联式腿部机构230和第二并联式腿部机构330是具有一定参数的机构，它们的结构状态可以发生变化，因此，本公开的实施例并不限定第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330在任何时候的结构状态均镜像对称。例如，在初始安装状态，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330镜像对称，但是随着第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330进行不同步的运动，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330也可以不镜像对称。
[0087]
例如，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330也可以具有相同的结构。或者，本公开至少一实施例提供的移动平台还可以包括更多数量的腿部机构，例如具有四条并联式腿部机构，其余的并联式腿部机构与第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330具有相同或镜像对称的结构。本公开的实施例不限定腿部机构的数量。
[0088]
例如，如图3所示，第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330分别安装在机架310的两端。当然，本公开的实施例不限定第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330在机架310上的安装位置。
[0089]
下面以第一并联式腿部机构320为例，对移动平台的并联式腿部机构的结构进行描述。
[0090]
例如，如图3所示，第一并联式腿部机构320包括动力输出装置321、连杆组件322以及轮子323。
[0091]
例如，如图3所示，动力输出装置321包括第一电机3211和第二电机3212，第一电机3211包括第一转动轴32110，第二电机3212包括第二转动轴32120，第一转动轴32110和第二转动轴32120平行设置。动力输出装置321被配置为驱动连杆组件322运动。第一转动轴32110和第二转动轴32120平行设置，可以使得连杆组件322实现平面运动。例如，第一电机3211和第二电机3212可以为伺服电机。
[0092]
图4a至图4c为根据本公开至少一实施例的移动平台的第一并联式腿部机构的运动原理示意图。
[0093]
例如，如图3、图4a至图4c所示，连杆组件322包括第一连杆3221、第二连杆3222、第三连杆3223和第四连杆3224。第一连杆3221的第一端部32211与第一电机3211的第一转动轴32110固定连接；第一连杆3221的第二端部32212与第二连杆3222的第一端部32221铰接且具有相同的转动轴线，以形成第一转动副3241；第二连杆3222的第二端部32222与第三连杆3223的第一端部32231铰接且具有相同的转动轴线，以形成第二转动副3242；第三连杆3223的第二端部32232与第四连杆3224的第一端部32241铰接且具有相同的转动轴线，以形成第三转动副3243；第四连杆3224的第二端部32242与第二电机3212的第二转动轴32120固定连接。如此，动力输出装置321可以通过驱动连杆组件322运动来控制第二转动副3242的位置。
[0094]
例如，如图3所示，第一连杆3221的第一端部32211与第一电机3211的第一转动轴32110通过法兰连接，第四连杆3224的第二端部32242与第二电机3212的第二转动轴32120也通过法兰连接。如此，第一电机3211和第二电机3212能够分别驱动第一连杆3221和第四连杆3224做旋转运动。当然，第一连杆与第一电机或第四连杆与第二电机也可以通过联轴器等其他方式连接，本公开对此不做限定。
[0095]
例如，如图3、图4a至图4c所示，轮子323与第二转动副3242铰接且具有相同的转动轴线。
[0096]
下面结合图4a至4c描述该第一并联式腿部机构320的运动原理。图4a至4c示出了第一并联式腿部机构20的三种运动状态。如图4a所示，在本公开至少一实施例提供的移动平台中，第一连杆3221、第二连杆3222、第三连杆3223、第四连杆3224以及第一转动轴32110与第二转动轴32120的中心连线3225(图中虚线，也可称为第五连杆3225)，共同组成平面五连杆机构。第一连杆3221的第一端部32211(或者，第一转动轴32110)以及第四连杆的第二端部32242(或者，第二转动轴32120)在xy平面内的位置固定，并且第一连杆3221可以在第一转动轴32110的驱动下围绕第一转动轴32110转动，第四连杆3224可以在第二转动轴32120的驱动下围绕第二转动轴32120转动。因此，在该平面五连杆机构中，第一连杆3221和第四连杆3224是主动杆，而第二连杆3222和第三连杆3224为从动杆，而第五连杆3225(第一转动轴32110与第二转动轴32120的中心连线3225，图中虚线)为固定杆。
[0097]
例如，如图3所示，在本公开至少一实施例提供的移动平台中，第一连杆3221与第四连杆3224位于垂直于轮子323的轴线的同一平面。在垂直于轮子323的轴线的方向，第二连杆3222位于第一连杆3221与轮子323之间，第三连杆3223位于轮子323远离第二连杆3222的一侧，第三电机3213与第三连杆3223固定连接且位于第三连杆3223远离轮子323的一侧。
[0098]
需要说明的是，在垂直于轮子323的轴线的方向，第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆的相对位置可以互换，只要仍然能够组成平面五连杆机构即可。例如，第三连杆3223也可以位于第二连杆3222靠近轮子323的一侧，此时，第三电机3213可以与第二连杆3222固定连接且位于第二连杆3222远离轮子323的一侧。例如，第三电机213也为伺服电机。
[0099]
例如，图4a还示出了第一并联式腿部机构320包括拉伸弹簧325。如图4a所示，在本公开至少一实施例提供的移动平台中，第一并联式腿部机构320还包括拉伸弹簧325。拉伸弹簧325的两端分别与第一连杆3221和第四连杆3224的中间部位连接。如此，当在第一电机和第二电机的作用下，第一连杆和第四连杆的夹角增大时，拉伸弹簧325被拉长从而储存能量。当释放拉伸弹簧时，可以加速轮子收缩，从而实现移动平台的弹跳功能。
[0100]
需要说明的是，本公开不限定拉伸弹簧的数量和连接位置。例如，拉伸弹簧325的数量还可以为多个。每个拉伸弹簧325的两端分别与第一连杆3221、第二连杆33222、第三连杆223和第四连杆3224之中的两个连接，且多个拉伸弹簧325中的每个的至少一端不与第一连杆的第一端部或第四连杆的第二端部连接。
[0101]
例如，在本公开至少一实施例提供的移动平台中，第一并联式腿部机构320还包括扭簧(未示出)。例如，扭簧包括第一扭簧、第二扭簧和第三扭簧。第一扭簧安装在第一转动副内，第一扭簧的两个力臂分别与第一连杆的第二端部和第二连杆的第一端部接触连接；第二扭簧安装在第二转动副内，第二扭簧的两个力臂分别与第二连杆的第二端部和第三连杆的第一端部接触连接；第三扭簧安装在第三转动副内，第三扭簧的两个力臂分别与第三连杆的第二端部和第四连杆的第一端部接触连接。例如，第二扭簧与第一扭簧的方向相反。扭簧的作用与拉伸弹簧类似，可以储存能量，当被释放时可以加速转动副转动，从而加速轮子收缩，实现移动平台的弹跳功能。
[0102]
需要说明的是，扭簧的安装结构是本领域的技术人员所熟知的，因此本公开的实施例对此不做详细介绍。
[0103]
例如，本公开至少一实施例提供又一种移动平台，仅包括第一并联式腿部机构。通过合适的运动控制方法，该移动平台同样可在保持平衡状态下的移动。
[0104]
本公开至少一实施例提供的移动机器人具有轮式机器人和足式机器人的复合移动功能，既能够适用于复杂地形、不连续地形，又具有较高的稳定性和较高的能量利用率，并且在运动时机器人本体受到轮足部的冲击力较小。
[0105]
图5为根据本公开至少一实施例的移动平台的起跳前和起跳后的对比图。
[0106]
图5将图3、图4a至图4c中示出的第一并联式腿部机构320进行了简化以更简明地表示机器人从下蹲起跳到伸展的过程，轮子离地后即可以完成跳跃动作。
[0107]
为对图3、图4a至图4c中示出的移动平台的运动能力进行优化，需要对其的连杆组件和动力输出装置的至少一个参数进行优化。
[0108]
对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台而言，所述连杆组件的参数包括以下各项中的至少一项：所述第一连杆的长度、所述第二连杆的长度、所述第三连杆的长度、所述第四连杆的长度、和第一转动轴与第二转动轴之间的距离。
[0109]
如图5所示，连杆组件322包括第一连杆3221、第二连杆3222、第三连杆3223和第四连杆3224。其中，假设第一连杆3221和第四连杆3224的长度为l1，第二连杆3222和第三连杆3223的长度为l2。第一连杆3221和第四连杆3224又称为移动平台的大腿。第二连杆3222和第三连杆3223又称为移动平台的小腿。
[0110]
此外，第一转动轴与第二转动轴之间的虚线连线3225的距离/长度为l0。虚线连线3225又称为移动平台的腰。
[0111]
此外，如图5所示，移动平台还可以包括其它的连杆组件，例如长度为lb的尾巴组件，以用于保持移动平台在移动/跳跃过程中的平衡。
[0112]
为方面说明，将第一转动轴和第二转动轴之间的连线(腰)称为移动平台的高度水平线。接着，定义在构造运动学模型和动力学模型时所需的各个参数/变量。
[0113]
如上所述，在确定移动平台的参数时，可能利用关节转动角度和平台高度作为变量，以构建相应的模型。对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台而言，所述关节转动角度为
自所述高度水平线顺时针转动到第一连杆的角度(也即θ1)；所述平台高度为所述移动平台的高度水平线距离地面的垂直距离(以下以h进行描述)。
[0114]
如图5所示，以两条小腿的交点，即下面轮子的转动中心为原点，建立直角坐标系。水平方向为x轴，竖直方向为y轴。当左右两个大腿关节处的电机同步对称运动时，假设合理配置机器人的重心，使得水平方向上机器人的重心始终在轮子与地面间的接触点上，机器人整体竖直向上运动。此时，机器人左右两侧腿部结构对称，运动学计算得到的角度和位置信息也是对称的。以下，如不作特殊说明，则以θ1＝θ2＝θ为例进行说明。
[0115]
首先，针对图3、图4a至图4c中示出的移动平台的连杆组件的至少一个参数的预设取值范围进行描述。
[0116]
在确定移动平台的连杆组件的参数过程中，可以尽量让动力输出装置从一个较小的初始关节转动角度(例如，90度，或小于90度)开始转动，以延长动力输出装置对移动平台做功的时间，使移动平台能够具有更大的动能。然而，移动平台通常收到机械干涉和尺寸的物理约束如下。
[0117]
在第一连杆的长度l1小于第二连杆的长度l2的情况下，可能出现θ＞π度的情况，此时要求在此过程中θ从大小腿重合时开始运动。假设θ0为关节转动角度θ的初始值，大小腿重合时，可以以以下公式计算θ0：
[0118][0119]
其中，θ0为关节转动角度θ的初始值，l1为第一连杆的长度，l2为第二连杆的长度，l0为第一转动轴与第二转动轴之间的距离。
[0120]
若在某些应用场景中，可以不考虑这种情况(也即，在第一连杆的长度l1大于等于第二连杆的长度l2的情况下)，也可以将公式1替换为以下公式2：
[0121]
θ0＜π，
ꢀꢀꢀ
(2)
[0122]
此外，在某些情况下，受动力输出装置和轮子尺寸的限制，两个小腿(第二连杆和第三连杆)的交点与高度水平线的差值h(θ)大于动力输出装置的半径r1加上轮子的半径r2，以保证二者没有干涉,即θ的最大值θ
max
是动力输出装置的半径r1和轮子的半径r2的函数。
[0123]
θ
max
＝{θ|h(θ)＝r1 r2}，
ꢀꢀꢀ
(3)
[0124]
当然，在某些情况下，该条件也可以忽略。
[0125]
在第二连杆的长度l2小于的情况下，θ无法运动到接近于180度，也即θ的最大值θ
max
仅能从满足大小腿尺寸比例构型时的最大θ算起，即
[0126][0127]
则最终优化使用的关节转动角度的限制条件为上述多种情况的集合。若后续添加更多约束条件，关节转动角度还可能有更多的限制，为便于描述，本公开在此不再一一描述。
[0128]
在确定关节转动角度的限制之后，基于给定的一组连杆组件的参数，可以确定移
动平台的运动学模型。
[0129]
例如，对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台，平台高度h随着关节转动角度θ的变化可以描述如下。
[0130][0131]
其中，h(θ)为平台高度，θ为关节转动角度，l1为第一连杆的长度，l2为第二连杆的长度，l0为第一转动轴与第二转动轴之间的距离。
[0132]
公式(5)，可以被简化成公式(6)：
[0133][0134]
为简化模型，可以忽略连杆组件的质量。并假设移动平台的轮子没有离地之前，移动平台的腰部竖直向上的速度就是移动平台的质心向上运动的速度。
[0135]
由此，对平台高度h以时间进行求导(微分)，即可以得到移动平台的腰部向上运动的速度v(跳跃速度)，也即：
[0136][0137]
将公式6代入公式7即可得到运动学模型：
[0138][0139]
其中，为对于关节转动角度θ以时间进行求导所得到的关节转动角度的角速度。根据公式8可知，移动平台的运动学模型是关节转动角度、关节转动角度的角速度、连杆组件的参数的函数。
[0140]
当然，对于不同的连杆组件，运动学模型可能不同，虽然本公开仅以图3、图4a至图4c中示出的连杆组件为例进行说明，但是本领域技术人员应当理解，对于其他类型的连杆组件和动力输出装置都可以以类似的方式构建运动学模型，本公开对此不进行限制。
[0141]
接下来，说明在构建动力学模型时，动力输出装置的至少一个参数的取值范围。
[0142]
对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台而言，所述动力输出装置的参数包括以下各项中的至少一项：第一电机的力矩、第一电机的转速、第二电机的力矩和第二电机的转速。
[0143]
电机的输出功率是整个移动平台跳跃过程中的物理极限。而电机的输出功率主要由力矩和转速(例如，关节转动角度的角速度)决定。电机的力矩和电流乘正比，也和电机转动的加速度乘正相关。电机的转速和电压成正比。
[0144]
理想的情况下，电机在较大的转速下应当有一个较大的力矩，但这对于实际的电机来讲是不现实的。
[0145]
图6是根据本公开至少一实施例的移动平台的动力输出装置在不同的电压下力矩和转速的三种变化曲线。
[0146]
对于一个特定的电机，作为出厂参数，它有一个堵转的力矩tm，有一个最大转速但即使是这样，也很难保证电机在以最大转速转动时保持最大力矩tm。电机的转速也即关节转动角度的角速度
[0147]
根据图6，对于根据本公开实施例的移动平台的参数确定方法来说，在具有明确的电机的运行曲线的情况下，会从能量的角度得到一个动力学约束。而实际上，在确定移动平台的参数时，通常无法获知明确的电机曲线。但是，在进行电机选型时，可以获得电机的参数包括堵转扭矩tm和最大转速仅给定这两个参数的情况下，以以下三种情况分别对电机曲线进行仿真，以获取动力输出装置的至少一个参数的取值范围。
[0148]
情况1：电机力矩t从tm开始成线性关系下降(也即为0时，t＝tm)，下降到转速时刚好力矩为0，即：
[0149][0150]
情况2:电机力矩t从tm开始保持不变(也即为0时，t＝tm)，一直到转速为之后开始成线性关系下降，下降到转速为时刚好力矩为0，即：
[0151][0152]
情况3:电机力矩t从tm开始保持不变(也即为0时，t＝tm)，直到转速为之后直接减小到0，即：
[0153][0154]
由此，可以得到电机力矩与关节转动角度的角速度之间的关系。
[0155]
在确定关节转动角度的角速度的限制之后，基于给定的一组动力输出装置的参数，可以确定移动平台的动力学模型。
[0156]
例如，对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台，从做功和能量的角度确定移动平台的动力学模型。为便于描述，在此，不考虑摩擦力和其他碰撞等因素造成的能量损失，电机力矩t旋转角度θ-θ0做的功，全部转化为动能和重力势能。起跳前，向上运动的部分只有腰部和尾巴，记移动平台的整体质量为m。则能量关系的公式化表述为：
[0157][0158]
其中，m为移动平台的质量，v为跳跃速度，g为重力加速度，h为平台质心上升的高度，其是θ和θ0的函数，也即：
[0159]
h＝f1(θ-θ0)，
ꢀꢀꢀ
(13)
[0160]
根据公式12和公式13，可以确定跳跃速度为：
[0161][0162]
考虑电机的力矩t随着关节转动角度和负载的变化不是恒定不变的，因此，所述动力输出装置向所述移动平台输出的最大能量还应由动力输出装置的参数限制。
[0163]
将力矩t按照图6中的三种情况分别进行迭代，即在考虑电机按力矩-转速曲线下，公式12又可被写为：
[0164][0165]
k为迭代的索引，2《k《n，n为总的迭代次数。θ
k 1
为在第k 1次迭代时的关节转动角度，θk为第k次迭代时的关节转动角度，θ
k 1-θk为每次迭代的角度步进值。当n的数量足够大时，
[0166]
在每次迭代后，将本次迭代的关节转动角度θ，平台高度h，跳跃速度v存储起来，留给下一次迭代使用。
[0167]
由此，即可得到在给定动力输出装置的情况下(例如，给定电机的最大力矩和最大转速的情况下)的动力学模型。
[0168]
此时，对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台，已经获取了动力学模型、运动学模型、所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围。接下来描述基于这些模型和参数的预设取值范围，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合的步骤。该步骤可包括在或对应于图2a所述的步骤s204。
[0169]
如上所述，跳跃状态参数集合至少可以包括起跳速度和所述移动平台在向上跳跃过程中达到的高度极值。以下以起跳速度和高度极值为例，描述如何获得跳跃状态参数集合。本领域技术人员应当理解，可以采用类似的方式获取跳跃状态参数集合中的其他参数，本公开在此不再赘述。
[0170]
图7是根据本公开至少一实施例的移动平台的跳跃状态参数的变化曲线图。
[0171]
图7示出了以下6个曲线图，基于这6个曲线图，可以获取移动平台的跳跃状态参数。
[0172]
转动角速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为转动角速度(单位为弧度(rad)/秒)。
[0173]
关节转动角度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为关节转动角度(单位为弧度)。弧度与角度的转换关系为2πrad＝360
°
。
[0174]
平台高度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为平台高度(单位为毫米)。
[0175]
根据运动学模型获得的跳跃速度随时间变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。
[0176]
跳跃速度随关节转动角度的变化的曲线的横坐标为关节转动角度(单位为弧度)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。其中，灰色曲线表示根据动力学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。根据灰色曲线(具有向上趋势)，可以看出在关节转动角度θ较大
时，动力输出装置无法提供较大的转速，从而跳跃速度受转速的限制。黑色曲线(具有向下趋势)表示根据运动学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。根据黑色曲线，可以看出在关节转动角度θ较小时，动力输出装置无法提供较大的力矩，从而跳跃速度受力矩的限制。
[0177]
根据运动学模型和动力学模型获得的跳跃速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间，纵坐标为跳跃速度。该曲线上的每个时间点上取得的值都对应于跳跃速度随关节转动角度的变化中的灰色曲线和黑色曲线上的最小值。由此，得到了跳跃速度随时间的变化。
[0178]
参考图7以及上述描述的公式，可见起跳速度受电机最大转速和力矩两方面的限制。因此起跳速度的确定应该综合两个方面的限制来确定。
[0179]
例如，基于运动学模型，可以获取电机最大转速的限制。也即，按照上述的公式8，可以画出上述的关节转动角度θ和跳跃速度v的一组对应关系曲线。
[0180]
例如，基于动力学模型，可以获取电机瞬时力矩的限制。也即，按照上述的公式，可以画出上述的关节转动角度θ和跳跃速度v的另一组组对应关系曲线。
[0181]
上述两组曲线的交集得到跳跃速度曲线，进而估算起跳速度。即基于动力学模型和运动学模型计算得到关节转动角度θ和跳跃速度v的对应关系曲线求出交点，交点处对应的跳跃速度v为移动平台的起跳速度。
[0182]
接着，计算高度极值。
[0183]
为简化计算，在此忽略连杆组件的质量和转动惯量。但本领域技术人员应当理解，在计入连杆组件的质量和转动惯量的情况下，也可以使用类似的方式估计高度极值。
[0184]
对于图3、图4a至图4c中示出的移动平台，其在起跳前，向上运动的部分有腰部和尾巴(合计质量为m)；起跳后，一起向上运动的部分又加入了轮子和配套的轮毂电机、轴承等(合计质量为m)。在起跳的瞬间，基于动量守恒的公式，可以得到：
[0185]
mv＝(m m)v
′
，
ꢀꢀꢀ
(16)
[0186]
其中v
′
为起跳瞬间，移动平台作为一个整体共同向上运动的速度。在此之后，移动平台以v
′
为初速度做竖直上抛运动，设上抛运动的最大高度为h，根据能量守恒定律，可以得到：
[0187][0188]
基于公式16和公式17可以得到：
[0189][0190]
h即为移动平台从起跳离地到上升到最高点过程中，质心或腰部的上升高度，也即为高度极值。
[0191]
由此，根据动力学模型和运动学模型，可以确定，在所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围内，确定所述移动平台在向上跳跃过程中的跳跃状态参数集合。
[0192]
图8a是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中的进行连杆组件的尺寸优化的流程图。图8b是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中，在固定第一连杆的长度的同时改变第二连杆的长度的情况下，跳跃状态参数集合的变化曲线
图。图8c是根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法中，在固定第一连杆的长度与第二连杆的长度的比例的同时改变第一连杆的长度的情况下，跳跃状态参数集合的变化曲线图。
[0193]
基于以上移动平台跳跃高度的计算，可以在给定连杆组件中的第一连杆的长度的假设值和第二连杆长度的假设值的情况下，确定图3、图4a至图4c中示出的移动平台跳跃状态参数。
[0194]
接着，可以在所述连杆组件的至少一个参数的预设取值范围、以及所述动力输出装置的至少一个参数的预设取值范围内，确定在什么样的第一连杆长度和第二连杆长度下，移动平台可以跳跃到最大的高度，也即是最大化利用电机的能量。
[0195]
参见图8a，给出步骤s205的一个示例，也即：基于所述跳跃状态参数集合，如何确定所述连杆组件的至少一个参数的取值和所述动力输出装置的至少一个参数的取值的方法。
[0196]
首先，可以固定第一连杆的长度。在保持第一连杆长度不变的同时，遍历第二连杆的长度。针对每一组第一连杆长度和第二连杆长度的组合，应用上述计算方法，得到一个跳跃的高度极值。每一组第一连杆长度和第二连杆长度的计算结果类似于图7。
[0197]
例如，在图8b中示出了6个曲线图。
[0198]
基于这6个曲线图，可以获取在多组第一连杆长度和第二连杆长度的组合下的移动平台的跳跃状态参数，每一组第一连杆长度和第二连杆长度的组合以不同灰度的颜色进行表示。
[0199]
转动角速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为转动角速度(单位为弧度/秒)。该图中，五组曲线均重合，可见在保持第一连杆长度不变的同时，遍历第二连杆的长度并不会改变转动角速度。
[0200]
关节转动角度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为关节转动角度(单位为弧度)。该图中，五组曲线中部分曲线重合，因此仅可见两条曲线，可见在保持第一连杆长度不变的同时，遍历第二连杆的长度并不会改变关节转动角度与时间的变化关系。而不同长度的第二连杆长度则会影响关节转动角度的最大值。
[0201]
平台高度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为平台高度(单位为毫米)。其中的五条曲线表示在相同的第一连杆长度和不同的第二连杆长度的情况下，平台高度随时间的变化。可见，随着第二连杆长度的变化，最高平台高度也随之变化。
[0202]
根据运动学模型获得的跳跃速度随时间变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。其中的五条曲线表示在相同的第一连杆长度和不同的第二连杆长度的情况下，在运动学模型的约束下，跳跃速度随时间的变化。
[0203]
跳跃速度随关节转动角度的变化的曲线的横坐标为关节转动角度(单位为弧度)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。其中，虚线曲线表示根据动力学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。实线曲线表示根据运动学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。可见，在某些第二连杆长度的情况下，关节转动角度仅能从180
°
(对应于弧度值为3.14)开始变动。
[0204]
根据运动学模型和动力学模型获得的跳跃速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。
[0205]
可以看出，在固定第一连杆长度的同时改变第二连杆长度时，可获取一系列的移动平台状态曲线。将图8b中，跳跃速度最大的一组曲线选定为该固定第一连杆长度下的移动平台的跳跃状态曲线。
[0206]
在此基础上，改变第一连杆长度，再类似地遍历第二连杆长度，可以获取与图8b所示类似的结果。依次遍历所有的第一连杆长度值。此时，可以看出在特定第一连杆和第二连杆长度的比例下，总是能得到最大的跳跃速度。
[0207]
接着，图8c示出了在固定特定的第一连杆的长度和第二连杆的长度的比例的情况下，所获取的跳跃速度和高度极值对应的曲线。在该固定的比例下，能够得到最大的跳跃速度。
[0208]
在图8c中，也类似地示出了6个曲线图。其示出了多种第一连杆长度下，对应地对应每个第一连杆长度，遍历所有第一连杆长度和第二连杆长度的比例，而能够得到的最大速度的一组值对应的尺寸。
[0209]
基于这6个曲线图，可以获取在多组第一连杆长度和第二连杆长度的组合下的移动平台的跳跃状态参数，每一组第一连杆长度和第二连杆长度的组合以不同灰度的颜色进行表示。
[0210]
转动角速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为转动角速度(单位为弧度/秒)。该图中，各组曲线均重合，可见在保持第一连杆长度与第二连杆长度的比例不变的同时，改变第一连杆的长度并不会改变转动角速度。
[0211]
关节转动角度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为关节转动角度(单位为弧度)。该图中，各组曲线均重合，因此可见在保持第一连杆长度与第二连杆长度的比例不变的同时，改变第一连杆的长度并不会改变关节转动角度的最大值和最小值。
[0212]
平台高度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)、纵坐标为平台高度(单位为毫米)。其中的五条曲线表示在相同的第一连杆长度和第二连杆长度的比例的情况下，平台高度随时间的变化。其中第一连杆长度和第二连杆长度越长，平台高度的初始高度越高，能达到的最大高度也最高。
[0213]
根据运动学模型获得的跳跃速度随时间变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。其中的五条曲线表示在相同的第一连杆长度和第二连杆长度的比例的情况下，在运动学模型的约束下，跳跃速度随时间的变化。其中第一连杆长度和第二连杆长度越长，能达到的最大跳跃速度也最大。
[0214]
跳跃速度随关节转动角度的变化的曲线的横坐标为关节转动角度(单位为弧度)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。其中，虚线曲线表示根据动力学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。实线曲线表示根据运动学模型计算的跳跃速度随关节转动角度的变化。
[0215]
根据运动学模型和动力学模型获得的跳跃速度随时间的变化的曲线的横坐标为时间(单位为秒)，纵坐标为跳跃速度(单位为毫米/秒)。
[0216]
在图8c中，每一组灰度相同的曲线对应着在一组第一连杆长度和第二连杆长度的情况下的最大起跳速度的跳跃状态参数。其中，在每一组第一连杆长度与第二连杆长度中，第一连杆长度与第二连杆长度的比例不变。这样一来，经过两个维度上的反复迭代，即可得
到移动平台跳跃的最大平台高度，以及该高度对应的第一连杆的长度和第二连杆的长度。
[0217]
由此，根据跳跃状态参数集合，可以确定连杆组件的至少一个参数的取值。
[0218]
接下来说明，如何基于所述跳跃参数集合确定动力输出装置的至少一个参数的取值。
[0219]
采用不同的电机和可能的电机特性曲线(例如图6中的三种情况下的变化曲线)，应用上述过程，求取移动平台的跳跃高度和对应的尺寸。
[0220]
采用不同的电机分别进行实验。实验结果如表1所示。其中，表头中型号下方的三个参数分别对应于该型号下的电机的质量(单位g)、最大转速(单位rad/s)和堵转力矩(单位nm)。电机3种的转速-扭矩曲线如图6所示。例如，在型号a时，该电机参数为质量55.9g，最大转速为10.15rad/s，堵转力矩为1.8nm。在情况1下，已知l0＝100mm,优化的结果为跳跃高度为8.21cm，对应的机器人尺寸为，l1＝190mm,l2＝285mm。
[0221]
表1计算结果
[0222][0223][0224]
[0225][0226]
应用a型号电机进行实际跳跃测试，其跳跃高度为9cm左右。说明，实际运行过程中的电机特性曲线很有可能处于情况1和情况2之间的某种情况。可见，在使用a型号电机的情况下，可以推测出若要达到最大高度，第一连杆的长度应该在190cm和220cm之间，第二连杆的长度应该在285cm至308cm之间。
[0227]
由此，可以利用表1中的信息来对动力输出装置进行选型，进而基于所述跳跃参数集合确定动力输出装置的至少一个参数的取值。
[0228]
由此，根据本公开的实施例，可以在该连杆组件的参数的预设取值范围和动力输出装置的参数的预设取值范围中，找到能够实现移动平台2000的运动能力最大化的一组连杆组件的参数取值(假设值)、和动力输出装置的参数取值(假设值)。
[0229]
由此，本公开提供的移动平台的参数确定方法实现了在给定移动机器人的参数的预设取值范围的情况下，通过合理选择移动机器人的参数，有效地使动力装置的力矩发挥最大的优势，以优化移动机器人的运动能力。
[0230]
图9为根据本公开至少一实施例的移动平台的参数确定方法的另一示意图。
[0231]
图9概括性地描述了起跳速度确定和跳跃高度计算过程流程。
[0232]
其中运动学的建模的方法与步骤s202类似。电机特性曲线的模型化对应于图6中三种情况的仿真模拟。基于(考虑电机特性的)能量守恒的机器人状态估计的步骤类似于步骤s203。机器人起跳速度的确定和跳跃高度的计算类似于步骤s204-s205。因此本公开在此不再赘述。
[0233]
由此，本公开还公开了一种移动平台，所述移动平台包括动力输出装置和连杆组件，所述动力输出装置用于驱动所述连杆组件，其中，所述动力输出装置和所述连杆组件的参数根据前述的移动平台的参数确定方法来确定。本公开至少一实施例提供的移动平台具有轮式机器人和足式机器人的复合移动功能，既能够适用于复杂地形、不连续地形，又具有较高的稳定性和较高的能量利用率，并且在运动时本体受到轮足部的冲击力较小。
[0234]
本公开还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读的指令，当利用计算机执行所述指令时执行上述方法。
[0235]
技术中的程序部分可以被认为是以可执行的代码和/或相关数据的形式而存在的“产品”或“制品”，通过计算机可读的介质所参与或实现的。有形的、永久的储存介质可以包括任何计算机、处理器、或类似设备或相关的模块所用到的内存或存储器。例如，各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器或者类似任何能够为软件提供存储功能的设备。
[0236]
所有软件或其中的一部分有时可能会通过网络进行通信，如互联网或其他通信网络。此类通信可以将软件从一个计算机设备或处理器加载到另一个。例如：从移动平台的动
量轮的安装位置确定设备的一个服务器或主机计算机加载至一个计算机环境的硬件平台，或其他实现系统的计算机环境，或与提供移动平台动量轮的安装所需要的信息相关的类似功能的系统。因此，另一种能够传递软件元素的介质也可以被用作局部设备之间的物理连接，例如光波、电波、电磁波等，通过电缆、光缆或者空气等实现传播。用来载波的物理介质如电缆、无线连接或光缆等类似设备，也可以被认为是承载软件的介质。在这里的用法除非限制了有形的“储存”介质，其他表示计算机或机器“可读介质”的术语都表示在处理器执行任何指令的过程中参与的介质。
[0237]
本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“第一/第二实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0238]
此外，本领域技术人员可以理解，本技术的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本技术的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
[0239]
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0240]
有以下几点需要说明：
[0241]
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
[0242]
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0243]
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。