CN103955217B - 大型四足机器人对角小跑步态的规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型四足机器人对角小跑步态的规划方法，一个完整的对角小跑步态周期T包含起始相位、T/4相位、T/2相位、3T/4相位和完成相位五个关键姿势，肘式关节型腿髋关节转角在支撑相时从最小值(α‑Ah)变化到最大值(α+Ah)，摆动相时从最大值(α+Ah)变化到最小值(α‑Ah)，膝关节转角在支撑相时不变，摆动相时先从最大值π‑(α+β)变化到最小值π‑(α+β)‑Ak，再从最小值π‑(α+β)‑Ak恢复到最大值π‑(α+β)；膝式关节型腿髋关节转角在支撑相时从最大值(α+Ah)变化到最小值(α‑Ah)，摆动相时从最小值(α‑Ah)变化到最大值(α+Ah)，膝关节转角在支撑相时不变，在摆动相时先从最大值π‑(α+β)变化到最小值π‑(α+β)‑Ak，再从最小值π‑(α+β)‑Ak恢复到最大值π‑(α+β)。本发明，通过对大型四足机器人对角小跑步态的规划，使其运行更加合理，提高了稳定性。

Description

大型四足机器人对角小跑步态的规划方法

技术领域

本发明涉及四足机器人，具体涉及大型四足机器人对角小跑步态的规划方法。

背景技术

四足机器人是足式机器人中应用最广泛的一类，与二足机器人相比，其承载能力更强、稳定性更好；与六足、八足机器人相比，其结构简单、运动灵活、能耗效率更高。

四足机器人的步行基本都是模仿四足动物的运动形式，在四足机器人中通常用“步态”来描述其步行运动形式，步态即为机器人步行时的一种迈腿方式，通俗地概括为：步态(Gait)是指四足机器人在步行过程中各条腿的移动顺序。规范地定义为：步态(Gait)是指在运动过程中，四足机器人的肢体在时间和空间上的一种协调关系，是移动腿有规律的重复顺序和方式。也是指机器人的每条腿脚按一定的顺序和轨迹的运动过程，正是由于这一运动过程实现了机器人的步行运动。步态规划是研究四足机器人的一个很重要的参数，是确保四足机器人稳定行走至关重要的因素。

对角小跑步态是哺乳类动物中最常见的一种步态姿势，是动物所有行走步态中能耗效率最高的一种步态，其可以帮助动物在消耗最少能量的条件下获得最快的步行速度。因此，对角小跑步态是移动机器人移动效率最高的一种步态。

众所周知，行走的稳定性是四足机器人的关键技术，控制四足机器人行走稳定性的基础是步态规划。为此，众多的研究机构都对四足步行机器人的步态规划展开了研究，然而，这些研究课题的研究对象都是小型四足步行机器人，在进行步态规划时，主要考虑的是腿部各关节变化对整体稳定性的影响。因此，这些步态规划应用到大型四足机器人时具有一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高大型四足机器人对角小跑步态行走稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种大型四足机器人对角小跑步态的规划方法，一个完整的对角小跑步态周期包含对角小跑步态起始相位姿势、对角小跑步态T/4相位姿势、对角小跑步态T/2相位姿势、对角小跑步态3T/4相位姿势、对角小跑步态完成相位姿势五个关键姿势，且对角小跑步态下，每条腿在一个步态周期内均完全遍历一个支撑相和一个摆动相，其中支撑相的结束时刻正好是摆动相的起始时刻，左右两侧腿所处相位严格对立；

对角小跑过程中，肘式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)；膝式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)；

$\mathrm{\α}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_0}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_0}\right),$

$\mathrm{\β}=arccos\left(\frac{{L_2}^2+{H_0}^2-{L_1}^2}{2L_2{H}_0}\right),$

$A_h=arcsin\left(\frac{S}{4H_0}\right),$

$A_k=arccos(cos\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{max}}{L_2})-\mathrm{\β},$

α、β为每条腿的大、小腿初始角度，A_h为髋关节转角摆动幅值，A_k为膝关节转角摆动幅值，L₁和L₂为四足机器人的大、小腿长度、H₀为对角小跑步态的中位高度、S为步长Δz_max为摆动相时足底最大离地高度；

起步步态序列，起步步态由下蹲姿势经起步过渡姿势到达起始相位姿势，起步步态过程中各关节的控制函数如下：

其中：

${\mathrm{\θ}}_{h0}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_1}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_1}\right);$

θ_h1＝α+A_k；

θ_h2＝α-A_k；

θ_k0＝π-(α+β)；

${\mathrm{\θ}}_{k1}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{H_1}^2}{2L_1{L}_2}\right);$

$\mathrm{\α}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_0}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_0}\right);$

$\mathrm{\β}=arccos\left(\frac{{L_2}^2+{H_0}^2-{L_1}^2}{2L_2{H}_0}\right);$

θ_h0为下蹲姿势时髋关节的转角，θ_h1为肘式支撑腿和膝式摆动腿对角小跑起始姿势时髋关节的转角，θ_k0为对角小跑起始姿势时膝关节的转角，θ_k1下蹲姿势时膝关节的转角，θ_h2为对角小跑起始姿势时肘式摆动腿和膝式支撑腿髋关节的转角，L₁为所述机器人腿部第一关节的长度，L₂为所述机器人腿部第二关节的长度，H₀为对角小跑步态中位高度，H₁为起步步态阶段设定了下蹲高度。θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率。

在上述方法中，各条腿的相应关节的转角函数如下：

其中：

θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，对角步态角频率，T_起对角步态起步角频率，A_h在运动过程中大腿转角往复变化幅值，A_k在运动过程中小腿转角往复变化幅值，n运动过程中对角小跑步态周期个数。

在上述方法中，还包括收步步态，收步步态自完成相位姿势经收步过渡姿势到达蹲起姿势，收步步态过程中各关节转角控制函数如下：

θ_h3为收步步态的蹲起姿势中髋关节的转角，θ_k2为收步步态的蹲起姿势中膝关节的转角，

${\mathrm{\θ}}_{h3}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_2}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_2}\right);$

${\mathrm{\θ}}_{k2}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{H_2}^2}{2L_1{L}_2}\right);$

其中：

L₁为腿部小腿的长度，L₂为腿部大腿的长度，H₂为对角小跑步态收步蹲起时的高度，θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角；θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率，T_收对角步态收步角频率，n运动过程中对角小跑步态周期个数。

本发明，通过对大型四足机器人对角小跑步态的规划，使其运行更加合理，提高了运动的稳定性。

附图说明

图1为本发明中肘式关节型腿摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图；

图2为本发明中膝式关节型腿摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图；

图3为本发明中对角小跑步态基本参数推导示意图；

图4为本发明中肘式关节型腿起步姿势时摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图；

图5为本发明中膝式关节型腿腿起步姿势时摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图；

图6为本发明中肘式关节型腿收步姿势时摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图；

图7为本发明中膝式关节型腿收步姿势时摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做出详细的说明。为了便于本领域技术人员更好地理解，首先对本发明中的一些专用名词介绍如下：

步态(Gait)：有关腿部摆动顺序及其时间相序等的步行模式。

步态周期T(Gait Period)：周期步态中某一腿运动一个完整循环所需时间。

步距λ(Stride Length)：在一个步态周期内，步行机器人机体重心相对地面移动的位移。

支撑相(Support Phase)：腿部着地的状态。

摆动相(Transfer Phase)：腿离开地面抬起，腿部处于空中的状态。

本发明提供的方法，一个完整的对角小跑步态周期一共包含五个关键姿势，分别是对角小跑步态起始相位姿势、对角小跑步态T/4相位姿势、对角小跑步态T/2相位姿势、对角小跑步态3T/4相位姿势、对角小跑步态完成相位姿势。对角小跑步态模式下，每条腿在一个步态周期内均完全遍历一个支撑相和一个摆动相，其中支撑相的结束时刻正好是摆动相的起始时刻，左右两侧腿所处相位严格对立，对于肘式关节型腿，对角小跑步态周期中单腿处于摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图如图1所示，膝式关节型腿对角小跑步态周期中单腿处于摆动相和支撑相的三个关键姿势步态图如图2所示。

从图1中可以知，在对角小跑步态过程中，肘式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)。

从图2中可以得知，在对角小跑步态过程中，膝式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)。

根据上述针对两种关节型腿的运动规律分析可得到对角小跑步态过程中各关节的基本运动规律，各关节在关键姿势时的运动角度分布规律如表1所示。

表1 各关节在关键姿势时运动角度分布规律

T/4相位姿势与3T/4相位姿势相同。

如图3所示，其中：

$\mathrm{\α}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_0}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_0}\right),$

$\mathrm{\β}=arccos\left(\frac{{L_2}^2+{H_0}^2-{L_1}^2}{2L_2{H}_0}\right),$

$A_h=arcsin\left(\frac{S}{4H_0}\right),$

$A_k=arccos(cos\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{max}}{L_2})-\mathrm{\β},$

α、β为每条腿的大、小腿初始角度，A_h为髋关节转角摆动幅值，A_k为膝关节转角摆动幅值，L₁和L₂为四足机器人的大、小腿长度、H₀为对角小跑步态的中位高度、S为步长Δz_max为摆动相时足底最大离地高度。

本发明中，应用余弦函数模型构造髋关节转角控制函数，半波函数模型构造膝关节转角控制函数。为了方便规划各腿运动函数，对各腿进行统一编号，左前腿编号为LF，右前腿编号为RF，左后腿编号为LR，右后腿编号为RR，以右前腿RF处于支撑相开始进入对角小跑步态周期为例，各条腿的相应关节的转角函数如下：

其中：

θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，对角步态角频率，T_起对角步态起步角频率，A_h在运动过程中大腿转角往复变化幅值，A_k在运动过程中小腿转角往复变化幅值，n运动过程中对角小跑步态周期个数。

考虑到由自然站立姿势进入规则步行状态需要一个过渡过程，同样地，保证机器人顺利从站立姿势进入周期性的对角小跑步态姿势，相应地，需要设计一个起步步态，当机器人步行运动结束时还需设计一个止步步态，使机器人从对角小跑步态姿势进入到稳定的站立姿势。

起步步态由下蹲姿势经起步过渡姿势到达起始相位姿势，如图4、图5所示，肘式支撑腿髋关节转角θ_h从最小值θ_h0运动到最大值θ_h1，肘式摆动腿髋关节转角θ_h从最大值θ_h0运动到最小值θ_h2，支撑腿和摆动腿膝关节转角θ_k均从最小值θ_k1运动到最大值θ_k0。如图5所示，膝式支撑腿髋关节转角θ_h从最大值θ_h0运动到最小值θ_h2，膝式摆动腿髋关节转角θ_h从最小值θ_h0运动到最大值θ_h1，支撑腿和摆动腿膝关节转角θ_k均从最小值θ_k1运动到最大值θ_k0。

起步步态过程中各关节的控制函数如下：

其中：

${\mathrm{\θ}}_{h0}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_1}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_1}\right);$

θ_h1＝α+A_k；

θ_h2＝α-A_k；

θ_k0＝π-(α+β)；

${\mathrm{\θ}}_{k1}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{H_1}^2}{2L_1{L}_2}\right);$

$\mathrm{\α}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_0}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_0}\right);$

$\mathrm{\β}=arccos\left(\frac{{L_2}^2+{H_0}^2-{L_1}^2}{2L_2{H}_0}\right);$

θ_h0为下蹲姿势时髋关节的转角，θ_h1为肘式支撑腿和膝式摆动腿对角小跑起始姿势时髋关节的转角，θ_k0为对角小跑起始姿势时膝关节的转角，θ_k1下蹲姿势时膝关节的转角，θ_h2为对角小跑起始姿势时肘式摆动腿和膝式支撑腿髋关节的转角，L₁为所述机器人腿部第一关节的长度，L₂为所述机器人腿部第二关节的长度，H₀为对角小跑步态中位高度，H₁为起步步态阶段设定了下蹲高度。θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率。

收步步态作为对角小跑步态的结束辅助步态，自完成相位姿势经收步过渡姿势到达蹲起姿势，包含对角小跑步态完成相位姿势、收步过渡姿势和蹲起姿势三个关键姿势。其中，收步步态中支撑腿和摆动腿的三个关键姿势步态图如图6所示。

从图6中可以得知在收步步态过程中肘式支撑腿髋关节转角θ_h从最小值θ_h2运动到最大值θ_h3，肘式摆动腿髋关节转角θ_h从最大值θ_h1运动到最小值θ_h3，支撑腿和摆动腿膝关节转角θ_k均从最小值θ_k0运动到最大值θ_k2。

相应地，对于膝式关节型腿在收步步态中支撑腿和摆动腿的三个关键姿势步态图如图7所示。

从图7中可以得知在起步步态过程中膝式支撑腿髋关节转角θ_h从最大值θ_h1运动到最小值θ_h3，膝式摆动腿髋关节转角θ_h从最小值θ_h2运动到最大值θ_h3，支撑腿和摆动腿膝关节转角θ_k均从最小值θ_k0运动到最大值θ_k2。

收步步态过程中各关节转角控制函数如下：

θ_h3为收步步态的蹲起姿势中髋关节的转角，θ_k2为收步步态的蹲起姿势中膝关节的转角，

${\mathrm{\θ}}_{h3}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{H_2}^2-{L_2}^2}{2L_1{H}_2}\right);$

${\mathrm{\θ}}_{k2}=arccos\left(\frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{H_2}^2}{2L_1{L}_2}\right);$

其中：

L₁为腿部小腿的长度，L₂为腿部大腿的长度，H₂为对角小跑步态收步蹲起时的高度，θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角；θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率，T_收对角步态收步角频率，n运动过程中对角小跑步态周期个数。

为了起步、收步过程与对角小跑步态过程衔接顺畅，不出现大幅度的关节转角跳跃，设T_起＝T_收＝T，在起步步态阶段下蹲高度H₁和收步步态阶段蹲起高度H₂满足H₁≤H₀≤H₂≤L₁+L₂，以确保机器人能顺利地进入和跳出对角小跑步态周期。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.大型四足机器人对角小跑步态的规划方法，其特征在于，

一个完整的对角小跑步态周期包含对角小跑步态起始相位姿势、对角小跑步态T/4相位姿势、对角小跑步态T/2相位姿势、对角小跑步态3T/4相位姿势、对角小跑步态完成相位姿势五个关键姿势，且对角小跑步态下，每条腿在一个步态周期内均完全遍历一个支撑相和一个摆动相，其中支撑相的结束时刻正好是摆动相的起始时刻，左右两侧腿所处相位严格对立；

对角小跑过程中，肘式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)；膝式关节型腿处于支撑相时髋关节转角θ_h从最大值(α+A_h)变化到最小值(α-A_h)，处于摆动相时髋关节转角θ_h从最小值(α-A_h)变化到最大值(α+A_h)，支撑相时膝关节转角θ_k保持不变，恒为π-(α+β)，摆动相时膝关节转角θ_k先从最大值π-(α+β)变化到最小值π-(α+β)-A_k，再从最小值π-(α+β)-A_k恢复到最大值π-(α+β)；

α、β为每条腿的大、小腿初始角度，A_h为髋关节转角摆动幅值，A_k为 膝关节转角摆动幅值，L₁和L₂为四足机器人的大、小腿长度、H₀为对角小跑步态的中位高度、S为步长Δz_max为摆动相时足底最大离地高度；

起步步态序列，起步步态由下蹲姿势经起步过渡姿势到达起始相位姿势，起步步态过程中各关节的控制函数如下：

其中：

θ_h1＝α+A_k；

θ_h2＝α-A_k；

θ_k0＝π-(α+β)；

θ_h0为下蹲姿势时髋关节的转角，θ_h1为肘式支撑腿和膝式摆动腿对角小跑起始姿势时髋关节的转角，θ_k0为对角小跑起始姿势时膝关节的转角，θ_k1下蹲姿势时膝关节的转角，θ_h2为对角小跑起始姿势时肘式摆动腿和膝式支撑腿髋关节的转角，L₁为所述机器人腿部第一关节的长度，L₂为所述机器人腿部第二关节的长度，H₀为对角小跑步态中位高度，H₁为起步步态阶段设定了下蹲高度，θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对角小跑过程中，各条腿的相应关节的转角函数如下：

其中：

θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，对角步态角频率，T_起对角步态起步角频率，A_h在运动过程中大腿转角往复变化幅值，A_k在运动过程中小腿转角往复变化幅值，n运动过程中对角小跑步态周期个数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括收步步态，收步步态自完成相位姿势经收步过渡姿势到达蹲起姿势，收步步态过程中各关节转角控制函数如下：

θ_h3为收步步态的蹲起姿势中髋关节的转角，θ_k2为收步步态的蹲起姿势中膝关节的转角，

其中：

L₁为腿部小腿的长度，L₂为腿部大腿的长度，H₂为对角小跑步态收步蹲起时的高度，θ_{h_RF}右前腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LF}左前腿大腿相对身体的转角；θ_{h_RR}右后腿大腿相对身体的转角，θ_{h_LR}左后腿大腿相对身体的转角，θ_{k_RF}右前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LF}左前腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_RR}右后腿小腿相对大腿的转角，θ_{k_LR}左后腿小腿相对大腿的转角，对角步态起步角频率，对角步态收步角频率，T_起对角步态起步角频率，T_收对角步态收步角频率，n运动过程中对角小跑步态周期个数。