CN113962138B - 移动平台的参数值确定方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了移动平台的参数值确定方法、装置、设备及存储介质。方法包括:获取候选参数值组;对于任一候选参数值组,基于运动学模型以及连杆参数值组,获取第一运动速度曲线;确定与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;基于任一候选参数值组、扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取第二运动速度曲线;基于第一运动速度曲线和第二运动速度曲线,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度;根据与候选参数值组分别对应的跳跃高度,确定目标候选参数值组,将目标候选参数值组以及对应的扭簧参数值组作为目标参数值组。上述方式确定的目标参数值组能够使带有电机装置和扭簧的移动平台实现优异的跳跃性能,对移动平台的设计过程具有更强的参考性。
Description
技术领域
本申请实施例涉及人工智能技术领域,特别涉及一种移动平台的参数值确定方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
移动机器人是可以自动执行工作任务的机械装置,随着人工智能技术的快速发展,越来越多的领域利用移动机器人协助或取代人类的部分工作,以节省人力成本以及减少人力损失。在设计一款移动机器人的过程中,通常先根据移动机器人的用途设计一款用于构成移动机器人的移动平台。不同用途的移动机器人通常对应不同结构的移动平台,对于不同结构的移动平台,移动平台的各个参数值的选择常常受限于不同的因素。因此,在移动平台的设计阶段,如何确定能够使移动平台实现优异性能的参数值是至关重要的。
发明内容
本申请实施例提供了一种移动平台的参数值确定方法、装置、设备及存储介质。所述技术方案如下:
一方面,本申请实施例提供了一种移动平台的参数值确定方法,所述移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,所述电机装置和所述扭簧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:
获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将所述至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与所述至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组;
对于所述至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线;
根据所述任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;
基于所述任一候选参数值组、所述扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线;
基于所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度;
根据与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从所述至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将所述目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与所述目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为所述移动平台的目标参数值组。
另一方面,提供了一种移动平台的参数值确定装置,所述装置包括:
第一获取单元,用于获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将所述至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与所述至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组;
第二获取单元,用于对于所述至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线;
第一确定单元,用于根据所述任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;
第三获取单元,用于基于所述任一候选参数值组、所述扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线;
第二确定单元,用于基于所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度;
第三确定单元,用于根据与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从所述至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将所述目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与所述目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为所述移动平台的目标参数值组。
在一种可能实现方式中,所述电机参数值组包括堵转扭矩值,所述扭簧参数值组包括扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值;所述第一确定单元,用于基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值,所述扭簧初始角度值用于指示在不受外力时扭簧的两个力臂之间的力臂夹角值;基于所述任一候选参数值组中的堵转扭矩值、所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程,所述力学关系模型为基于所述移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造的模型;基于所述弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值,将各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值;利用所述扭簧初始角度值和所述扭簧弹性系数值构成与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
在一种可能实现方式中,所述第二获取单元,用于基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定所述移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程,所述运动学模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造得到;基于所述运动状态随电机转动角度的变化方程,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
在一种可能实现方式中,所述第三获取单元,用于确定与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值;基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系,所述能量守恒模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造得到;根据所述运动速度与电机转动角度的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
在一种可能实现方式中,所述第三获取单元,还用于在至少一个角度约束条件中,确定与所述任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件;根据所述至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,确定与所述任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值;将所述至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
在一种可能实现方式中,所述第三获取单元,还用于对于所述至少一条电机特性曲线中的任一条电机特性曲线,基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述能量守恒模型以及所述任一条电机特性曲线,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
在一种可能实现方式中,所述第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线,所述第三获取单元,还用于根据所述运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的任一条第二运动速度子曲线。
在一种可能实现方式中,所述第二确定单元,用于将所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与所述任一候选参数值组对应的起跳速度;基于所述起跳速度,确定与所述任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度;基于所述离开参考平面的速度以及所述移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度。
在一种可能实现方式中,所述第三确定单元,还用于从与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度;将所述至少一个候选参数值组中与所述最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。
在一种可能实现方式中,所述装置还包括:
配置单元,用于基于所述目标参数值组对所述移动平台进行物理搭建;利用搭建后的移动平台配置移动机器人。
另一方面,提供了一种计算机设备,所述计算机设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行,以实现上述任一所述的移动平台的参数值确定方法。
另一方面,还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行,以实现上述任一所述的移动平台的参数值确定方法。
另一方面,还提供了一种计算机程序产品或计算机程序,所述计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从所述计算机可读存储介质读取所述计算机指令,处理器执行所述计算机指令,使得所述计算机设备执行上述任一所述的移动平台的参数值确定方法。
本申请实施例提供的技术方案至少带来如下有益效果:
移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,基于本申请实施例提供的技术方案能够实现确定带有电机装置和扭簧这两种能量提供装置的移动平台的参数值的任务。此外,移动平台的目标参数值组根据与各个候选参数值组分别对应的跳跃高度确定,在确定与每个候选参数值组对应的跳跃高度的过程中均综合考虑了运动学模型和能量守恒模型两个方面的限制,与每个候选参数值组对应的跳跃高度均为具有该候选参数值组的移动平台在上述两个方面的限制下能够跳跃的较大高度。根据此种方式确定的目标参数值组为能够使带有电机装置和扭簧的移动平台实现优异的跳跃性能的参数值的集合,根据此种方式确定的目标参数值组对带有电机装置和扭簧的移动平台的设计过程具有更强的参考性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种移动平台的参数值确定方法的实施环境的示意图;
图2是本申请实施例提供的一种移动平台的参数值确定方法的流程图;
图3是本申请实施例提供的一种移动平台的结构示意图;
图4是本申请实施例提供的一种第一连杆的第二端部与第二连杆的第一端部之间的转动副的连接方式的示意图;
图5是本申请实施例提供的一种第二连杆的第二端部与第四连杆的第二端部之间的转动副的连接方式的示意图;
图6是本申请实施例提供的一种简化后的移动平台在起跳时和起跳后的结构对比图;
图7是本申请实施例提供的一种变化曲线图的示意图;
图8是本申请实施例提供的一种移动平台在扭簧不受外力时的简化结构示意图;
图9是本申请实施例提供的一种移动平台在第二跳跃阶段的受力状态的示意图;
图10是本申请实施例提供的一种电机的扭矩和转速的关系示意图;
图11是本申请实施例提供的一种电机特性曲线的示意图;
图12是本申请实施例提供的一种确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程示意图;
图13是本申请实施例提供的一种确定移动平台的目标参数值组的过程示意图;
图14是本申请实施例提供的一种变化曲线图的示意图;
图15是本申请实施例提供的一种变化曲线图的示意图;
图16是本申请实施例提供的一种移动平台的参数值确定装置的示意图;
图17是本申请实施例提供的一种移动平台的参数值确定装置的示意图;
图18是本申请实施例提供的一种服务器的结构示意图;
图19是本申请实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请实施例提供了一种移动平台的参数值确定方法,请参考图1,其示出了本申请实施例提供的移动平台的参数值确定方法的实施环境的示意图。该实施环境可以包括:终端11和服务器12。
本申请实施例提供的移动平台的参数值确定方法既可以由终端11执行,也可以由服务器12执行,本申请实施例对此不加以限定。当移动平台的参数值确定方法由服务器12执行时,服务器12在确定移动平台的目标参数值组后,能够将移动平台的目标参数值组发送至终端11,以便于设计人员能够根据终端11显示的目标参数值组对移动平台进行物体搭建。
在一种可能实现方式中,终端11可以是任何一种可与用户通过键盘、触摸板、触摸屏、遥控器、语音交互或手写设备等一种或多种方式进行人机交互的电子产品,例如PC(Personal Computer,个人计算机)、手机、智能手机、PDA(Personal Digital Assistant,个人数字助手)、可穿戴设备、掌上电脑PPC(Pocket PC)、平板电脑、智能车机、智能电视、智能音箱等。服务器12可以是一台服务器,也可以是由多台服务器组成的服务器集群,或者是一个云计算服务中心。终端11与服务器12通过有线或无线网络建立通信连接。
本领域技术人员应能理解上述终端11和服务器12仅为举例,其他现有的或今后可能出现的终端或服务器如可适用于本申请,也应包含在本申请保护范围以内,并在此以引用方式包含于此。
基于上述图1所示的实施环境,本申请实施例提供一种移动平台的参数值确定方法,移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,电机装置和扭簧用于驱动连杆组件以使得移动平台向上跳跃。以该方法应用于终端11为例。如图2所示,本申请实施例提供的方法可以包括如下步骤:
在步骤201中,获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组。
本申请实施例提供的方法用于确定带有电机装置和扭簧这两种能量提供装置的移动平台的参数值,以使移动平台在确定的参数值下具有优异的跳跃性能。
在移动平台领域,根据移动方式的不同,移动平台被划分为:轮式移动平台、足式(步行)移动平台、蛇形移动平台、履带式移动平台、爬行移动平台等。轮式移动平台依靠轮子滚动来实现移动,适用于平坦路面,具有稳定性好、能量利用率高、机器人本体冲击小的优点,但是其越障性能不足。足式移动平台依靠类似于人或动物足部的运动来实现移动,适用于复杂地形、不连续地形等,具有良好的越障性能,但是其稳定性较差、能量利用率较低,并且在运动时移动平台本体受到的冲击力较大。在一种可能实现方式中,本申请实施例中的移动平台为一种轮足式移动平台,该轮足式移动平台具有轮式移动平台和足式移动平台的复合移动功能,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,并且在运动时受到较小的冲击力。
为便于更好地理解本申请实施例,接下来结合图3对本申请实施例中的移动平台的结构进行说明:
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。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。
在一种可能实现方式中,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。需要说明的是,本申请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。
本申请实施例中以第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330在整个跳跃过程中均镜像对称为例进行说明,以保证移动平台在跳跃过程中的稳定性。
需要说明的是,移动平台还可以包括更多数量的并联式腿部机构,例如,移动平台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。本申请实施例对并联式腿部机构的数量不加以限定。此外,第一并联式腿部机构320和第二并联式腿部机构330还可以安装在机架310的其他位置上,本申请实施例对此不加以限定。
接下来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。
例如,如图3所示,第一并联式腿部机构320包括电机装置321、连杆组件322、扭簧323和轮子324。其中,电机装置321和扭簧323用于驱动连杆组件322以使得移动平台向上跳跃。也就是说,本申请实施例中的移动平台在跳跃过程中,可以利用电机装置以及扭簧装置提供的能量,与仅利用电机装置提供的能量进行跳跃相比,本申请实施例提供的移动平台能够实现更优异的跳跃性能。
如图3所示,电机装置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,第二电机3212包括第二转动轴,第一转动轴和第二转动轴平行设置。第一转动轴和第二转动轴平行设置,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。
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的第一端部与第一电机3211的第一转动轴固定连接;第一连杆3221的第二端部与第二连杆3222的第一端部铰接且具有相同的转动轴线,以形成第一转动副;第三连杆3223的第一端部与第二电机3212的第二转动轴固定连接,第三连杆3223的第二端部与第四连杆3224的第一端部铰接且具有相同的转动轴线,以形成第二转动副;第二连杆3222的第二端部与第四连杆3224的第二端部铰接且具有相同的转动轴线,以形成第三转动副。第一电机3211和第二电机3212能够分别驱动第一连杆3221和第三连杆3223做旋转运动。
轮子324与第三转动副铰接且具有相同的转动轴线。在一种可能实现方式中,轮子324上具有用于驱动运动的第三电机3241。示例性地,第三电机3241安装在第四连杆3224上。扭簧323安装在第三转动副处,即扭簧323的转动轴和轮子324的转动轴重合,扭簧323的两个力臂分别沿第二连杆3222和第四连杆3224的方向延伸。当移动平台的第二连杆3222和第四连杆3224的相对位置改变时会带来弹性势能的变化,扭簧323可以储存能量,当被释放时可以提高移动平台的跳跃性能。需要说明的是,在一些示例性实施例中,还可以在其他转动副处安装扭簧,以进一步提高移动平台的跳跃性能,本申请实施例对此不加以限定。
示例性地,第一连杆3221的第二端部与第二连杆3222的第一端部之间的转动副的连接方式如图4所示。第一轴承401安装在第二连杆3222的第一端部的轴承孔内,第一连杆3221的第二端部具有凸出轴结构,该凸出轴插入第一轴承401的内圈中,且第一轴承401的内圈靠轴承内圈隔套402隔开。第一端盖403固定安装在第一连杆3221的第二端部的凸出轴上,用于限定第一轴承401的安装位置。需要说明的是,第三连杆3223的第二端部与第四连杆3224的之间的连接方式与第一连杆3221的第二端部与第二连杆3222的第一端部之间的转动副的连接方式相似,此处不再赘述。
示例性地,第二连杆3222的第二端部与第四连杆3224的第二端部之间的转动副的连接方式如图5所示。第二轴承501安装在第二连杆3222的第二端部的轴承孔内,第二端盖502与第二连杆3222的第二端部固定连接,用于固定第二轴承501的外圈。第三电机3241安装第四连杆3224上,轮子连接件503一端固定在第三电机3241的转动轴上,另一端贯穿第二轴承501的内圈与第二连杆3222另一侧的轮子324连接。顶盖504固定在轮子连接件503上,用于限定轮子324的位置。
在上述内容中,结合示意图介绍了移动平台的结构,接下来介绍确定移动平台的参数值的过程。确定移动平台的参数值的过程可视为参数优化过程,优化目标为:高效利用电机装置和扭簧提供的能量,在一定的整体尺寸、质量限制下确定能够使移动平台达到最优的跳跃性能的参数值。
需要说明的是,在确定移动平台的参数值的过程中,有如下假设:仅考虑竖直起跳,认为尾巴可以左右摆动,在排除机械结构干涉的前提下移动平台水平方向的平衡,使得水平方向上移动平台的重心始终在轮子与地面间的接触点上;忽略摩擦力造成的能量损失;忽略腿部连杆和轴承的质量和转动惯量,不计跳跃过程中几个连杆的平动动能和转动动能。
在确定移动平台的参数值的过程中,首先需要获取至少一个候选参数值组,以在至少一个候选参数值组中确定用于设计移动平台的最佳候选参数值组,进而基于该最佳参数值组得到移动平台的目标参数值组。在获取至少一个候选参数值组的过程中,首先需要确定哪些参数需要确定具体数值,以保证每个候选参数值组中均包括各个需要确定具体数值的参数对应的参数值。需要说明的是,此处的需要确定具体数值的参数是指彼此独立的参数。
在一种可能实现方式中,需要确定具体数值的参数包括连杆对应的参数和电机对应的参数。连杆对应的参数是指与构成移动平台的各个连杆的尺寸相关的参数,电机对应的参数是指与电机的属性(类型、性能、配置等)相关的参数。连杆对应的参数和电机对应的参数中均可以包括至少一种参数。参数值的确定过程可视为尺寸优化和电机选型的过程。
示例性地,连杆对应的参数包括第一连杆的长度、第二连杆的长度、第三连杆的长度、第四连杆的长度以及第一转动轴与第二转动轴的中心连线的长度(在下文中简称腰部的长度)中的至少一种。在一种可能实现方式中,第一连杆的长度与第三连杆的长度相同,第二连杆的长度与第四连杆的长度相同,以保持移动平台在跳跃过程中的稳定性,在此种情况下,连杆对应的参数可以仅包括第一连杆的长度、第二连杆的长度以及腰部的长度。
示例性地,电机对应的参数包括第一电机的参数、第二电机的参数和第三电机的参数。在一种可能实现方式中,各个电机的参数相同,以提高参数值的确定效率。当各个电机的参数相同时,电机对应的参数包括电机型号、电机堵转扭矩、电机最大转速、电机外界减速器的减速比和电机质量中的至少一种。需要说明的是,此时的电机对应的参数是指任一电机的参数。
需要说明的是,每个候选参数值组中均包括需要确定具体数值的全部参数分别对应的取值,以便于后续通过统一的方式确定与每个候选参数值组分别对应的跳跃高度。需要进一步说明的是,每个候选参数值组中的任一参数的取值可以为随机取值,也可以为默认取值,本申请实施例对此不加以限定。此外,任两个候选参数值组中针对至少一个参数具有不同的取值,以保证不同的候选参数值组不完全相同,从而减少确定移动平台的参数值的耗时。
对于需要确定具体数值的参数包括连杆对应的参数和电机对应的参数的情况,任一候选参数值组中均包括连杆参数值组和电机参数值组。连杆参数值组中包括至少一个与连杆的尺寸相关的参数值,电机参数值组中包括至少一个与电机的属性相关的参数值。示例性地,连杆参数值组中包括第一连杆的长度值、第二连杆的长度值和腰部的长度值。电机参数值组中包括电机类型标识、电机堵转扭矩值、电机最大转速值、电机外界减速器的减速比值和电机质量值。需要说明的是,各个候选参数值组中的连杆参数值组中包括的参数值的数量以及每个参数值对应的参数类型均相同,各个候选参数值组中的电机参数值组中包括的参数值的数量以及每个参数值对应的参数类型也均相同。
获取至少一个候选参数值组的过程为:获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组。其中,至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组均是指任一连杆参数值组和任一电机参数值组的集合。不同的候选参数值组中可能包括相同的连杆参数值组或者相同的电机参数值组,也可能包括完全不同的连杆参数值组和电机参数值组,本申请实施例对此不加以限定。
在一种可能实现方式中,对于至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组,该任一连杆参数值组中的各个参数值从候选取值中随机选取,需要说明的是,对于任一连杆参数值组中包括多个用于指示尺寸的参数值的情况,由于不同参数值用于指示不同构件的尺寸,所以在选取用于指示某一构件的尺寸的参数值时,从该构件对应的候选取值中进行选取。例如,从第一连杆对应的候选取值中随机选取一个取值作为第一连杆的长度值,从第二连杆对应的候选取值中随机选取一个取值作为第二连杆的长度值,从腰部对应的候选取值中随机选取一个取值作为腰部的长度值,从而得到任一连杆参数值组。每个构件对应的候选取值均可以根据经验设置,不同构件对应的候选取值可以相同,也可以不同,本申请实施例对此不加以限定。
同样地,对于至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组,该任一电机参数值组中的各个参数值均可以从候选取值中随机选取,需要说明的是,对于任一电机参数值组中包括多个用于指示电机属性的参数值的情况,由于不同参数值用于指示不同方面的电机属性,所以在选取用于指示某一方面的电机属性的参数值时,从该方面的电机属性对应的候选取值中进行选取。每个方面的电机属性对应的候选取值均可以根据经验设置,不同方面的电机属性对应的候选取值可以相同,也可以不同,本申请实施例对此不加以限定。在一种可能实现方式中,由于电机堵转扭矩值和电机最大转速值通常都成对出现,所以将电机堵转扭矩和电机最大转速作为一个方面的电机属性,该方面的电机属性对应的候选取值为多个电机堵转扭矩值-电机最大转速值组合。
需要说明的是,每获取一个连杆参数值组和一个电机参数值组,即可得到一个候选参数值组。进而基于后续的步骤202-步骤205,获取该候选参数值组对应的跳跃高度。
在一种可能实现方式中,获取至少一个候选参数值组的过程为:依次遍历各个指定参数的候选取值,当全部指定参数的全部候选取值均遍历完成时,得到至少一个候选参数值组。指定参数是指连杆对应的参数和电机对应的参数中包括的可供随机选择取值的参数。例如,假设腰部的长度为确定值,电机最大转速由电机堵转扭矩确定,可供随机选择取值的参数包括第一连杆的长度、第二连杆的长度和电机堵转扭矩。需要说明的是,各个指定参数的候选取值可以由设计人员根据设计需求进行设置,也可以根据应用场景灵活调整,本申请实施例对此不加以限定。不同指定参数的候选取值的数量可以相同,也可以不同,本申请实施例对此同样不加以限定。
示例性地,第一连杆的长度的候选取值是指第一取值范围内的连续取值;第二连杆的长度的候选取值是指第二取值范围内的连续取值;电机堵转扭矩的候选取值为各个候选电机的电机堵转扭矩。第一取值范围、第二取值范围可以根据经验设置,也可以根据应用场景灵活调整,本申请实施例对此不加以限定。此外,候选电机是指可供选择的电机,根据设计需求选定。
当指定参数的数量为一个时,直接遍历该指定参数的候选取值,也就是说,每次从该指定参数的候选取值中选取一个取值,将该取值与其他参数的固定值构成一个候选参数值组。当指定参数的数量为多个时,需要依次遍历各个指定参数的候选取值。示例性地,当指定参数的数量为两个时,依次遍历各个指定参数的候选取值的过程为:从第一个指定参数的候选取值中选取一个未遍历过的取值,固定该取值,逐个遍历第二个指定参数的候选取值;循环执行上述过程,直至第一个指定参数的候选取值中不存在未遍历过的取值。当指定参数的数量为三个及以上时,依次遍历各个指定参数的候选取值的过程为指定参数的数量为两个时的扩展过程,此处不再赘述。遍历过程中得到的每组取值均于其他参数的固定值构成一个候选参数值组。
在步骤202中,对于至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
在本申请实施例中,将移动平台的跳跃过程分为三个阶段。第一跳跃阶段为移动平台从起跳到离开参考平面(以下简称离地)的阶段。示例性地,参考平面是指地面、桌面等。在本申请实施例中,将离开参考平面简称为离地。需要说明的是,移动平台在起跳之前,需要通过下蹲蓄能,以为后续的跳跃过程提供能量。在本申请实施例中,将移动平台下蹲的阶段称为第二跳跃阶段。在第一跳跃阶段结束后,移动平台的轮子离地,将离地后的阶段称为第三跳跃阶段。
在步骤202至步骤205中,从任一候选参数值组的角度,介绍了确定该任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程,任一候选参数值组对应的跳跃高度用于衡量该候选参数值组是否适合形成移动平台的目标参数值组。
在介绍步骤202的实现方式之前,先利用图6对简化后的移动平台的结构进行介绍。图6为简化后的移动平台在起跳时和起跳后的结构对比图。图6将图3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移动平台从起跳到伸展的过程,轮子离地后即可以完成跳跃动作。需要说明的是,图6中未示出电机装置和扭簧。为对移动平台的跳跃能力进行优化,需要对连杆组件、电机装置以及扭簧涉及的参数的取值进行优化,以利用能够使移动平台实现优异跳跃性能的参数值实现移动平台的设计及搭建。
在图6中,l1表示第一连杆和第三连杆的长度,l2表示第二连杆和第四连杆的长度。第一连杆和第三连杆又称为移动平台的大腿。第二连杆和第四连杆又称为移动平台的小腿。此外,l0表示第一转动轴与第二转动轴的中心连线的长度,第一转动轴与第二转动轴的中心连线又称为移动平台的腰部,也就是说,l0表示腰部的长度。如图6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。
在图6中,θ1表示从腰部的水平线顺时针转动到第一连杆的角度;θ2表示从腰部的水平线逆时针转动到第三连杆的角度;表示第二连杆和第四连杆的夹角,由于扭簧安装在第二连杆和第四连杆构成的第三转动副处,且扭簧的两个力臂分别沿第二连杆和第四连杆的方向延伸,所以也表示扭簧的两个力臂之间的夹角;α表示第三连杆和第四连杆之间的夹角。
以第二连杆的第二端部和第四连杆的第二端部的铰接点,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,假设合理配置移动平台的重心,使得水平方向上移动平台的重心始终在轮子与地面间的接触点上,移动平台整体竖直向上运动。此时,移动平台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。在本申请实施例中,如不作特殊说明,以θ1=θ2=θ为例进行说明,θ表示电机转动角度。
在确定任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程中,先获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。需要说明的是,此处获取的第一运动速度曲线是指与该任一候选参数值组对应的第一运动速度曲线。在一种可能实现方式中,第一运动速度曲线是指在运动学特性的限制下,运动速度随电机转动角度的变化曲线。运动速度是指移动平台在第一跳跃阶段的运动速度,示例性地,移动平台在第一跳跃阶段的运动速度可以是指移动平台的质心在第一跳跃阶段的运动速度;电机转动角度是指从腰部的水平线顺时针转动到第一连杆的角度或者从腰部的水平线逆时针转动到第三连杆的角度。
在一种可能实现方式中,基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线的过程包括以下步骤2021和步骤2022:
步骤2021:基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程。
其中,运动学模型基于移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造得到。也就是说,在执行步骤2021之前,需要先基于移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造运动学模型。
运动学是指从几何的角度(不涉及物体本身的物理性质和加在物体上的力)描述和研究物体位置的变化规律的力学分支。移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性用于指示移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律。在一种可能实现方式中,运动学特性的研究过程与参考的坐标系相关,本申请实施例中以第二连杆的第二端部和第四连杆的第二端部的铰接点为原点,建立直角坐标系。进而在建立的直角坐标系下,基于移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造运动学模型。
移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性用于指示移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律,根据移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律构造运动学模型的方式包括但不限于以下两种:
方式一:直接基于移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律构造运动学模型。
在此种方式一下,构造的运动学模型直接指示移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律。
在一种可能实现方式中,利用方式一构造的运动学模型用公式1表示:
其中,h(θ)表示移动平台在第一跳跃阶段的目标高度,目标高度是指移动平台的腰部与第二连杆的第二端部和第四连杆的第二端部的铰接点的垂直距离。在以第二连杆的第二端部和第四连杆的第二端部的铰接点为原点,建立直角坐标系的情况下,h(θ)表示移动平台的腰部的纵坐标。l1表示第一连杆或第三连杆的长度,l2表示第二连杆或第四连杆的长度;l0表示腰部的长度;θ表示电机转动角度。将公式1化简后得到公式2,也就是说,利用方式一构造的运动学模型也可以用公式2表示:
根据公式2可知,利用方式一构造的运动学模型指示了移动平台的目标高度与第一连杆的长度、第二连杆的长度、腰部的长度以及电机转动角度之间的关系。
方式二:根据移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律进行推导计算,得到运动学模型。
在此种方式二下,构造的运动学模型间接指示移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律。
根据方式一可知,移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律可以用对公式1化简后得到的公式2表示,该公式2表示了移动平台在第一跳跃阶段的目标高度的计算方式。在一种可能实现方式中,根据移动平台在第一跳跃阶段的位置变化规律进行推导计算,得到运动学模型的过程为:对移动平台在第一跳跃阶段的目标高度进行关于时间的求导(微分)计算,将计算得到的结果作为运动学模型。
对移动平台在第一跳跃阶段的目标高度进行关于时间的求导计算可以得到移动平台在第一跳跃阶段向上运动的运动速度。为简化模型,忽略连杆组件的质量,移动平台在第一跳跃阶段(移动平台的轮子没有离地之前)向上运动的运动速度可视为移动平台的质心向上运动的运动速度。
对移动平台在第一跳跃阶段的目标高度进行关于时间的求导计算的理论公式参见公式3:
其中,V表示运动速度;t表示时间;h(θ(t))表示移动平台在第一跳跃阶段的目标高度;θ(t)表明电机转动角度θ是关于时间t的函数。
将公式2代入公式3,可以得到用于表示运动模型的公式4:
其中,为对电机转动角度θ以时间进行求导所得到的电机转动角度的变化速度(以下简称为电机转动角速度)。根据公式4可知,利用方式二构造的运动学模型指示了移动平台的运动速度与第一连杆的长度、第二连杆的长度、腰部的长度、电机转动角度、以及电机转动角速度之间的关系。
以上方式一和方式二介绍了两种构造运动学模型的方式。需要说明的是,上述两种方式仅为示例性描述,构造运动学模型的方式并不局限于此。需要进一步说明的是,基于移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造运动学模型的过程可以在获取步骤2021中涉及的任一候选参数值组之前执行,也可以在获取步骤2021中涉及的任一候选参数值组之后执行,本申请实施例对此不加以限定,只需在执行步骤2021之前得到运动学模型即可。
在一种可能实现方式中,任一候选参数值组中的连杆参数值组中包括第一连杆的长度值、第二连杆的长度值和腰部的长度值。
对应于运动模型的两种表示形式,基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程包括以下两种情况:
情况1:基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的目标高度随电机转动角度的变化方程。
此种情况1发生在运动模型的表示形式为公式2的情况下。基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的目标高度随电机转动角度的变化方程的过程为:将任一候选参数值组中的连杆参数值组中的第一连杆的长度值、第二连杆的长度值和腰部的长度值分别代入公式2中的l1、l2和l0处,将代入后得到的方程作为移动平台在第一跳跃阶段的目标高度随电机转动角度的变化方程。在目标高度随电机转动角度的变化方程中,仅包括目标高度和电机转动角度两个变量。
情况2:基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化方程。
此种情况2发生在构造的运动模型的形式为公式4的形式的情况下。基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化方程的过程为:将任一候选参数值组中的连杆参数值组中的第一连杆的长度值、第二连杆的长度值和腰部的长度值分别代入公式4中的l1、l2和l0处,将代入后得到的方程作为移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化方程。在运动速度随电机转动角度的变化方程中,除包括运动速度和电机转动角度这两个变量,还包括电机转动角速度这一变量。电机转动角度取决于电机转动角速度和电机转动初始角度值。电机转动初始角度值是指移动平台开始第一跳跃阶段时的电机转动角度值。电机转动初始角度值与任一候选参数值组有关,不同的候选参数值组可能对应相同的电机转动初始角度值,也可能对应不同的电机转动初始角度值。确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值的过程将在步骤2041中进行介绍,此处暂不赘述。
步骤2022:基于运动状态随电机转动角度的变化方程,获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
运动状态为目标高度或者运动速度。对应于步骤2021中获取运动状态随电机转动角度的变化方程的两种情况,基于运动状态随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线包括以下两种情况:
情况一:基于目标高度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
此种情况一发生在获取运动状态随电机转动角度的变化方程的情况为步骤2021中的情况1的前提下。
在一种可能实现方式中,基于目标高度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线的过程为:将目标高度随电机转动角度的变化方程的左右两侧同时进行关于时间的求导计算,将求导计算后得到的方程作为运动速度随电机转动角度的变化方程;基于运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
需要说明的是,当电机转动角度为随时间变化的变量时,求导计算后得到的运动速度随电机转动角度的变化方程中除包括运动速度和电机转动角度这两个变量,还包括电机转动角速度这一变量,电机转动角度取决于电机转动角速度和电机转动初始角度值。在一种可能实现方式中,基于运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线的方式为:预先设置电机转动角速度随时间的参考变化曲线;根据电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线;将移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线作为移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
在一种可能实现方式中,由于电机转动角度取决于电机转动角速度和电机转动初始角度值,所以根据电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及电机转动初始角度值可以确定电机转动角度随时间的变化曲线。根据电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及电机转动角度随时间的变化曲线,能够确定各个时间下的电机转动角度值以及各个时间下的电机转动角速度值,通过将对应同一时间的电机转动角度值和角速度值代入运动速度随电机转动角度的变化方程,能够得到该时间下的运动速度值,由于该时间下的电机转动角度值已知,所以可以得到一个电机转动角度值-运动速度值对;根据各个时间下得到的各个电机转动角度值-运动速度值对,即可得到移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线。
在一种可能实现方式中,在根据电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及电机转动角度随时间的变化曲线,得到各个时间下的运动速度值的情况下,还可以确定移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随时间的变化曲线。
在一种可能实现方式中,在已知电机转动角速度随时间的参考变化曲线和电机转动角度随时间的变化曲线的情况下,还可以根据目标高度随电机转动角度的变化方程,得到移动平台在第一跳跃阶段的目标高度随时间的变化曲线。由于目标高度能够用移动平台的腰部的纵坐标表示,根据移动平台的腰部的纵坐标能够得到移动平台的质心的纵坐标,所以根据目标高度随时间的变化曲线能够得到移动平台的质心的纵坐标随时间的变化曲线。
需要说明的是,电机转动角速度随时间的参考变化曲线可以由设计人员根据经验设置,也可以根据应用场景灵活调整,本申请实施例对此不加以限定。在获取同一批候选参数值组对应的跳跃高度的过程中,采用相同的电机转动角速度随时间的参考变化曲线,以保证各个候选参数值组对应的跳跃高度之间具有可比性,进而保证最终确定的目标参数值组的有效性。
示例性地,图7示出了在确定任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程中能够得到的多种变化曲线图。图7中的(1)-(6)分别表示一种变化曲线图。每种变化曲线图中包括至少一条变化曲线。电机转动角速度随时间的参考变化曲线如图7中的(1)所示,在图7中的(1)中,横坐标表示时间,纵坐标表示电机转动角速度。基于如图7中的(1)所示电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及电机转动初始角度值可以得到如图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线,在图7中的(2)中,横坐标表示时间,纵坐标表示电机转动角度,时间为0时的电机转动角度值为电机转动初始角度值。
在已知如图7中的(1)所示电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及如图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线的情况下,根据目标高度随电机转动角度的变化方程,能够得到如图7中的(3)所示的移动平台的质心的纵坐标随时间的变化曲线,在图7中的(3)中,横坐标表示时间,纵坐标表示移动平台的质心的纵坐标。
根据如图7中的(1)所示电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及如图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线,能够得到各个时间下的运动速度值,进而能够得到如图7中的(4)所示的移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随时间的变化曲线,在图7中的(4)中,横坐标表示时间,纵坐标表示移动平台在第一跳跃阶段的运动速度。
由于根据如图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线能够得到各个时间下的电机转动角度值,所以在得到各个时间下的运动速度值后,可以得到各个电机转动角度值下的运动速度值,进而得到如图7中的(5)中的曲线51所示的移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线(即为第一运动速度曲线),在图7中的(5)中,横坐标表示电机转动角度,纵坐标表示移动平台在第一跳跃阶段的运动速度。
情况二:基于运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
此种情况二发生在获取运动状态随电机转动角度的变化方程的情况为步骤2021中的情况2的前提下。在一种可能实现方式中,基于运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线的过程为:预先设置电机转动角速度随时间的参考变化曲线;根据电机转动角速度随时间的参考变化曲线以及运动速度随电机转动角度的变化方程,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线;将移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线作为移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。此过程的实现方式详见情况一中的相关内容,此处不再赘述。
在步骤203中,根据任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
本申请实施例中的移动平台包括扭簧,扭簧用于提供弹性储能,扭簧与电机装置搭配使用,有利于使移动平台获得更优异的跳跃性能。扭簧参数值组中包括用于指示扭簧的属性的参数值,具有不同的扭簧参数值组的扭簧能够提供的弹性储能不同。扭簧参数值组取决于候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,所以在确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程中,需要确定与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
在一种可能实现方式中,电机参数值组包括堵转扭矩值,扭簧参数值组包括扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值。这两个参数值的选择需要满足系统设计的尺寸要求,还要满足力的要求。在一种可能实现方式中,根据任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组的过程包括以下步骤a至步骤d:
步骤a:基于任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值,扭簧初始角度值用于指示在不受外力时扭簧的两个力臂之间的力臂夹角值。
由于扭簧安装在第二连杆和第四连杆构成的第三转动副处,且扭簧的两个力臂分别沿第二连杆和第四连杆的方向延伸,所以扭簧的两个力臂之间的力臂夹角也是指第二连杆和第四连杆之间的夹角。
移动平台在扭簧不受外力时的简化结构示意图如图8所示。在图8所示的状态下,扭簧初始角度可利用公式5进行计算:
其中,表示扭簧初始角度;l1表示第一连杆的长度或者第三连杆的长度;l2表示第二连杆的长度或者第四连杆的长度;l0表示腰部的长度。
任一候选参数值组中的连杆参数值组中包括l1、l2、l0的具体取值,基于任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值的方式为:将l1、l2、l0的具体取值代入公式5,将计算得到的的值作为扭簧初始角度值。该扭簧初始角度值为与该任一候选参数值组对应的扭簧初始角度值。
基于步骤a得到了与该任一候选参数值组对应的扭簧初始角度值,在接下来的步骤b和步骤c中,介绍确定与该任一候选参数值组对应的扭簧弹性系数值的过程。
步骤b:基于任一候选参数值组中的堵转扭矩值、任一候选参数值组中的连杆参数值组、扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程。
其中,力学关系模型为基于移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造的模型。也就是说,在执行步骤b之前,需要基于移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造力学关系模型。
对于扭簧的力的要求,一方面需要扭簧的力尽可能的大,这样才能为跳跃过程提供尽可能多的能量。另一方面,要保证移动平台在从直立到下蹲的每一个时刻,电机的堵转扭矩都可以将弹簧拉开。为此,在从直立到下蹲的过程中(第二跳跃阶段),建立每一个时刻力的平衡状态。移动平台在第二跳跃阶段的受力状态如图9所示。图9中对右侧膝关节节点(第三连杆的第二端部和第四连杆第一端部的铰接点)进行受力分析。电机的扭矩记为T2,扭簧的扭矩记为T3。此处忽略重力,G=0,竖直方向上的重力的反作用力F3=0。水平方向上,大腿连杆(第三连杆)膝关节处受到小腿向右的作用力为F2,小腿连杆(第四连杆)的膝关节受到大腿向右的作用力为F1。其中,F2来源于扭簧的扭矩作用,F1来源于电机的扭矩作用。T3的理论计算公式为公式6,T2的理论计算公式为公式7:
T3=F2l2sinα2 (公式6)
T2=F1l1sinα1 (公式7)
其中,l1表示第一连杆的长度或者第三连杆的长度;l2表示第二连杆的长度或者第四连杆的长度;α1表示从第三连杆逆时针转动到受力点所在的水平线的角度;α2表示从第四连杆顺时针转动到受力点所在的水平线的角度。
基于移动平台在第二跳跃阶段的受力状态可知,F1和F2为相互作用力,其大小关系满足F1=F2,所以根据公式6和公式7能够推导出公式8:
根据公式8可知,在给定电机扭矩的情况下,维持平衡的扭簧扭矩的计算公式为公式9:
用K表示弹性系数,扭簧的角度变化和弹性系数的关系如公式10所示:
其中,表示扭簧初始角度值;表示扭簧的实时力臂夹角。
将电机堵转扭矩Tm作为T2,根据公式9和公式10即可构造力学关系模型。示例性地,构造的力学关系模型利用公式11表示:
力臂夹角用于指示扭簧的两个力臂之间的夹角。在一种可能实现方式中,基于任一候选参数值组中的堵转扭矩值、任一候选参数值组中的连杆参数值组、扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程的方式为:将任一候选参数值组中的堵转扭矩值、连杆参数值组中的第一连杆的长度值、连杆参数值组中的第二连杆的长度值和扭簧初始角度值分别代入力学关系模型中的Tm、l1、l2和将代入后得到的方程作为弹性系数随力臂夹角的变化方程。
步骤c:基于弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值,将各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值。
在弹性系数随力臂夹角的变化方程中,包括的变量为弹性系数K、力臂夹角从第三连杆逆时针转动到受力点所在的水平线的角度α1以及从第四连杆顺时针转动到受力点所在的水平线的角度α2。其中,α1和α2根据确定。因此,每变化一下的取值,得到的弹性系数K的值均不同。将所有可供选择的的取值作为候选力臂夹角值,通过遍历所有供选择的的取值,在所有供选择的的取值对应的弹性系数值中取最小值,这样能够保证扭簧在取0到180度之间的任一取值时,电机的堵转扭矩都足以将扭簧拉开。
候选力臂夹角值为可供选择的的取值,候选力臂夹角值可以根据经验设置,本申请实施例对此不加以限定。基于弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值的过程包括:对于任一候选力臂夹角值,根据该任一候选力臂夹角值确定α1和α2的值;将该任一候选力臂夹角值和确定的α1和α2的值代入弹性系数随力臂夹角的变化方程中,计算得到该任一候选力臂夹角值对应的弹性系数值。对各个候选力臂夹角值均执行上述操作,即可得到各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值。
在得到各个候选夹角值分别对应的弹性系数值后,将各个候选夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值。此处得到的扭簧弹性系数值为与该任一候选参数值组对应的扭簧弹性系数值。
步骤d:利用扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值构成与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
在得到扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值后,利用扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值构成与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。由此,得到与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
需要说明的是,步骤203可以在执行步骤202之前执行,也可以在执行步骤202之后执行,本申请实施例对此不加以限定。只需保证在执行204之前已经执行完毕即可。
在步骤204中,基于任一候选参数值组、扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
基于步骤202得到了移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线,第一运动速度曲线是指在运动学特性的限制下,移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线。在此步骤204中,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线,第二运动速度曲线根据能量守恒模型获取,是指在能量守恒特性的限制下,移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线。
在一种可能实现方式中,基于任一候选参数值组、扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线的过程包括以下步骤2041至步骤2043:
步骤2041:确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
移动平台基于电机转动初始角度值开始第一跳跃阶段。第一跳跃阶段为从下蹲最低的状态开始向上伸展的阶段,从下蹲最低的状态开始向上伸展有利于延长电机装置以及扭簧对移动平台做功的时间,使移动平台能够具有更大的动能。电机转动初始角度值为下蹲最低的状态对应的电机转动角度,下蹲最低的状态对应的电机转动角度为电机支持的最大转动角度值,也就是说,电机转动初始角度值为电机支持的最大转动角度值。电机转动初始角度值受候选参数值组的影响,所以应该确定每个候选参数值组分别对应的电机转动初始角度值。
在一种可能实现方式中,确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值的过程包括以下三个步骤:
步骤1:在至少一个角度约束条件中,确定与任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件。
在执行步骤1之前,还包括:获取至少一个角度约束条件以及各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型。
由于受到机械干涉和尺寸的物理约束,在确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值之前,需要先获取至少一个角度约束条件以及各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型。角度约束条件用于指示将何种情况下的电机转动角度作为电机转动初始角度。角度约束条件可以由设计人员根据经验预先设置。在设置好至少一个角度约束条件后,设计人员可以根据各个约束条件确定各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型,然后设计人员可以将至少一个角度约束条件以及各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型上传至终端,以由终端在需要获取至少一个角度约束条件以及各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型,直接提取至少一个角度约束条件以及各个角度约束条件分别对应的角度值计算模型。
在设置角度约束条件的过程中,默认第一连杆的长度与第三连杆的长度相同,第二连杆的长度与第四连杆的长度相同。在一种可能实现方式中,角度约束条件包括但不限于以下三种:
角度约束条件1、当第二连杆的长度值大于第一连杆的长度值时,将第一连杆与第二连杆重合时的电机转动角度作为电机转动初始角度。
当第二连杆的长度值大于第一连杆的长度值时,可能出现电机转动角度θ>π的情况,此时要求移动平台基于第一连杆与第二连杆重合时的电机转动角度开始第一跳跃阶段。
在一种可能实现方式中,角度约束条件1对应的角度值计算模型利用公式12表示:
其中,θa表示角度约束条件1对应的电机转动初始角度;l1表示第一连杆的长度或第三连杆的长度,l2表示第二连杆的长度或第四连杆的长度;l0表示腰部的长度。
在一种可能实现方式中,若在某些应用场景中,明确不考虑θ>π的情况,则该角度约束条件1对应的角度值计算模型利用公式13表示:
θa=π (公式13)
角度约束条件2、在考虑电机尺寸和轮子尺寸的限制的情况下,将移动平台的目标高度等于电机的半径r1与轮子的半径r2的和时的电机转动角度作为电机转动初始角度。
将移动平台的目标高度等于电机的半径r1与轮子的半径r2时的电机转动角度作为电机转动初始角度,能够保证移动平台在第一跳跃阶段的目标高度均不小于电机的半径r1与轮子的半径r2的和,从而可以避免电机和轮子的干涉。
在一种可能实现方式中,角度约束条件2对应的角度值计算模型利用公式14表示:
θb={θ|h(θ)=r1+r2} (公式14)
其中,θb表示角度约束条件2对应的电机转动初始角度;h(θ)表示移动平台的目标高度,h(θ)可以基于公式2得到;r1表示电机的半径;r2表示轮子的半径。r1和r2的取值可以为每个候选参数值组中包括的参数值,也可以为根据经验设置的固定值,本申请实施例对此不加以限定。
角度约束条件3、当第二连杆的长度值较小时,将第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及腰部构成指定构型时的电机转动角度作为电机转动初始角度。
第二连杆的长度值是否较小的衡量标准由设计人员定义,示例性地,当第二连杆的长度值与第一连杆的长度值的比值小于参考阈值时,说明第二连杆的长度值较小;或者,当第二连杆的长度值、第一连杆的长度值以及腰部的长度值之间满足参考条件时,说明第二连杆的长度值较小。参考阈值和参考条件均可以根据经验或者实际情况设置。
在一种可能实现方式中,指定构型是指梯形,也就是说,当第二连杆的长度值较小时,将第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及腰部构成梯形时的电机转动角度作为电机转动初始角度。此种情况下,角度约束条件3对应的角度值计算模型利用公式15表示:
其中,θc表示角度约束条件3对应的电机转动初始角度;l1表示第一连杆的长度或第三连杆的长度,l2表示第二连杆的长度或第四连杆的长度;l0表示腰部的长度。
以上所述仅为角度约束条件的三种示例性描述,在示例性实施例中,还可以添加其他角度约束条件以及确定其他角度约束条件对应的角度值计算模型,本申请实施例在此不再一一描述。
至少一个角度约束条件为预先设置的全部角度约束条件,这些角度约束条件中可能存在与任一候选参数值组不匹配的角度约束条件。例如,若该任一候选参数值组中的第二连杆的长度值小于该任一候选参数值组中的第一连杆的长度值,则上述角度约束条件1与该任一候选参数值组不匹配。
在确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值的过程中,需要先利用该任一候选参数值组与各个角度约束条件进行匹配,将与任一候选参数值组匹配的至少一个角度约束条件作为至少一个目标角度约束条件。
步骤2:根据至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,确定与任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值。
在确定至少一个目标角度约束条件后,即可确定至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型。然后根据至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,获取与任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值。在一种可能实现方式中,根据任一目标角度约束条件对应的角度值计算模型,获取与任一候选参数值组对应的一个候选初始角度值的过程为:将任一候选参数值组中的相关参数值代入任一目标角度约束条件对应的角度值计算模型,计算得到与该任一候选参数值组对应的一个候选初始角度值。针对各个目标角度约束条件均执行上述操作,即可得到与任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值。需要说明的是,相关参数值是指根据目标角度约束条件对应的角度值计算模型计算得到初始角度值所需的参数值。不同目标角度约束条件需要的相关参数可能相同,也可能不同。
步骤3:将至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
在任一目标角度约束条件得到的候选初始角度值为在该目标角度约束条件下电机支持的最大角度值,当目标角度约束条件的数量为至少一个时,能够得到至少一个候选初始角度值。
在得到至少一个候选初始角度值后,将至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值,以避免冲突,保证电机转动初始角度值的有效性。示例性地,将至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值的过程基于公式16实现:
其中,θ0表示与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值,{θi}表示至少一个候选初始角度值。例如,对于与任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件包括上述角度约束条件1、角度约束条件2和角度约束条件3的情况,此处的{θi}表示为{θa,θb,θc},其中,θa表示根据角度约束条件1对应的角度值计算模型确定的与该任一候选参数值组对应的候选初始角度值;θb表示根据角度约束条件2对应的角度值计算模型确定的与该任一候选参数值组对应的候选初始角度值;θc表示根据角度约束条件3对应的角度值计算模型确定的与该任一候选参数值组对应的候选初始角度值。
步骤2042:基于任一候选参数值组中的连杆参数值组、任一候选参数值组中的电机参数值组、扭簧参数值组、电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。
其中,能量守恒模型基于移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造得到。也就是说,在执行步骤2042之前,还包括:基于移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造能量守恒模型。
不考虑摩擦力和其他碰撞因素造成的能量损失,在第一跳跃阶段,电机通过旋转角度做的功以及扭簧通过变化角度释放的能量全部转化成移动平台的动能和重力势能。该特性即为移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性。
假设在某时刻,电机转动角度为θ,电机通过旋转角度做的功利用公式17计算得到:
W=T(θ0-θ) (公式17)
其中,W表示电机通过旋转角度做的功;θ表示某时刻的电机转动角度;θ0表示电机转动初始角度;T表示电机扭矩。
假设在某时刻,扭簧的力臂夹角为扭簧通过变化角度释放的能量利用公式18计算得到:
其中,E表示扭簧通过变化角度释放的能量;表示某时刻的力臂夹角;表示扭簧初始角度;K表示扭簧的弹性系数。
根据移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性,能够构造能量守恒模型。示例性地,构造的能量守恒模型利用公式19表示:
其中,表示扭簧在某时刻释放的能量;T(θ0-θ)表示电机在某时刻做的功;表示移动平台在某时刻的动能;Mgh表示移动平台在某时刻的重力势能;M表示移动平台在第一跳跃阶段中向上运动部分的质量,在第一跳跃阶段,向上运动的部分只有腰部和尾巴,将移动平台的腰部和尾部的整体质量记为M;V表示移动平台在第一跳跃阶段的某时刻的运动速度;h表示移动平台在第一跳跃阶段的某时刻对应的上升高度。
移动平台在第一跳跃阶段的某时刻对应的上升高度h能够利用移动平台在第一跳跃阶段的某时刻的目标高度与移动平台在第一跳跃阶段的初始时刻的目标高度的差值表示。移动平台在第一跳跃阶段的任一时刻的目标高度能够根据公式2计算得到。移动平台在第一跳跃阶段的某时刻对应的上升高度h基于下述公式20计算得到:
对公式19进行变形,能够得到移动平台在第一跳跃阶段的任一时刻的运动速度的计算公式(公式21):
在一些示例性实施例中,电机的扭矩随着转速和负载的变化不是恒定不变的,能量守恒模型可以用公式22表示:
公式19从某时刻的能量守恒特性角度进行建模,公式22从一段时间间隔内(从k时刻到(k+1)时刻)的能量守恒特性角度进行建模。在从k时刻到(k+1)时刻的时间间隔内,扭簧的力臂夹角由变化到电机转动角度由θk变化到θk+1,移动平台的运动速度由Vk变化到Vk+1,移动平台对应的上升高度由hk变化到hk+1。在公式22中,Tk+1表示(k+1)时刻的电机扭矩。
公式19表示的能量守恒模型适用电机扭矩的变化规律能够利用某一明确的表达式表示的情况;对于电机扭矩的变化规律不能够利用某一明确的表达式表达的情况,由于无法利用统一的表达式代替公式19中的扭矩T,所以应该利用公式22表示的能量守恒模型,以将每个时间间隔内的扭矩近似于最后时刻的扭矩,进而便于通过分步迭代的方式得到候选参数值组对应的第二运动速度曲线。需要说明的是,当电机扭矩的变化规律能够利用某一明确的表达式表示时,同样能够利用公式22表示的能量守恒模型,但与利用公式19表示的能量守恒模型相比,具有较大的计算量。
电机扭矩的变化规律取决于电机特性。接下来介绍电机的通用特性:电机的输出功率是整个移动平台跳跃过程中的物理极限,而电机对于移动平台系统主要表现在扭矩和转速上。电机的扭矩和电流成正比,也和电机转动的加速度成正相关。电机的转速和电压成正比。理想情况下,电机在较大的转速下应当有一个较大的扭矩,但这对于实际的电机来讲是不现实的。对于一个特定的电机,作为出厂参数,电机具有堵转扭矩Tm和最大转速ωm,但即使是这样,也很难保证电机在以最大转速ωm转动时保持堵转扭矩Tm。经常地,对于一个电机,扭矩和转速的关系可以描述为如图10所示的曲线,更改施加电压,扭矩也会变化,整个曲线会向上或向下移动。
在本申请实施例中,电机扭矩的变化规律既可以是指根据电机特性曲线确定的变化规律,也可以是指人为设定的变化规律(如,人为设定的变化规律为电机扭矩保持某一固定值不变),本申请实施例对此不加以限定。电机特性曲线既可以是指明确的电机特性曲线,也可以是指人为假设的电机特定曲线。
在根据能量守恒特性构造能量守恒模型的过程中,可能能够获知明确的电机特性曲线,也可能无法获知明确的电机特性曲线。如果能够获知明确的电机特性曲线,能够从能量的角度得到一个比较明确的约束,从而根据该明确的电机特性曲线直接判断电机扭矩的变化规律是否能够利用某一明确的表达式表示,以进一步确定获取第二运动速度曲线的过程应该利用公式19表示的能量守恒模型还是利用公式22表示的能量守恒模型。
在实际情况中,通常无法获知明确的电机特性曲线,能够得到的只有堵转扭矩Tm和最大转速ωm。对于仅给定堵转扭矩Tm和最大转速ωm这两个电机参数的情况,本申请实施例提供了人为假设的三种电机特性曲线,以便于后续分别根据这三种电机特性曲线进行仿真,看哪一种电机特定曲线下得到的结果与实际测试结果更接近,这样就可以通过仿真和实测结果的对比,了解电机的实际运行方式,进而为后续的评估提供理论和实验支持。
示例性地,人为假设的三种电机特性曲线分别如图11中的(1)(2)和(3)所示。需要说明的是,图11中的(1)(2)和(3)中的横坐标均进行了归一化处理后的转速,图11中的(1)(2)和(3)中的纵坐标均进行了归一化处理后的扭矩。接下来分别介绍这三种电机特性曲线:
对于图11中的(1)所示的第一电机特性曲线,电机扭矩T从堵转扭矩Tm开始成线性关系下降,下降到转速ω为最大转速ωm时扭矩刚好为0。图11中的(1)所示的第一电机特性曲线能够利用公式23表示:
对于图11中的(2)所示的第二电机特性曲线,电机扭矩T从堵转扭矩Tm开始保持不变,一直保持到转速ω为0.5ωm;当ω超过0.5ωm之后,电机扭矩T开始成线性关系下降,下降到转速ω为最大转速ωm时扭矩刚好为0。图11中的(2)所示的第二电机特性曲线能够利用公式24表示:
对于图11中的(3)所示的第三电机特性曲线,电机扭矩T从堵转扭矩Tm开始保持不变,一直保持到转速ω为最大转速ωm,之后直接减小到0。图11中的(3)所示的第三电机特性曲线能够利用公式25表示:
根据利用的能量守恒模型的不同,移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的表示方式包括以下两种:运动速度与电机转动角度的关系方程;或者,离散的运动速度值-电机转动角度值对。当利用公式19表示的能量守恒模型确定移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系时,由于利用公式19表示的能量守恒模型能够得到移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程,所以利用移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程表示移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。
当利用公式22表示的能量守恒模型确定移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系时,由于利用公式22表示的能量守恒模型能够得到移动平台的离散的运动速度值-电机转动角度值对,所以利用移动平台的离散的运动速度值-电机转动角度值对表示移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。当公式22中的k时刻与k+1时刻的间隔足够短时,移动平台的离散的运动速度值-电机转动角度值对足够多。
根据在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律确定利用哪个公式表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。当在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律能够利用某一明确的表达式表示时,利用公式19表示的能量守恒模型取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系;当在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律不能够利用某一明确的表达式表达时,利用公式22表示的能量守恒模型取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。
接下来分别介绍利用公式19表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的过程,以及利用公式22表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的过程。
利用公式19表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的过程为:将任一候选参数值组中的连杆参数值组中的第一连杆的长度值、第二连杆的长度值、腰部的长度值以及电机转动初始角度值分别代入公式15中的l1、l2、l0和θ0处,得到h的表达式,由于h与当前时刻的电机转动角度θ相关,所以h的表达式中包括变量θ;根据在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律,确定T的表达式;将扭簧参数值组中的扭簧初始角度值、扭簧参数值组中的扭簧弹性系数值、电机转动初始角度值、h的表达式以及T的表达式分别代入公式19中的K、θ0、h和T处,得到移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程;将移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程作为移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程中的变量除包括运动速度和电机转动角度外,还包括扭簧的力臂夹角。需要说明的是,当第一连杆的长度值、第二连杆的长度值、腰部的长度值均已知的情况下,扭簧的力臂夹角根据电机转动角度确定。因此,移动平台的运动速度与电机转动角度的关系方程可视为仅有运动速度和电机转动角度两个变量。
利用公式22表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的过程为:对于从k时刻到k+1时刻的一个小的时间间隔,提取已经存储的k时刻的的值、θk的值、Vk的值和hk的值;根据时间间隔以及该时间间隔中的电机转速,确定k+1时刻的θk+1的值;根据θk+1的值以及连杆尺寸参数值组确定的值;根据在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律确定k+1时刻的Tk+1的值;根据连杆参数值组、电机转动初始角度值以及θk+1的值,确定hk+1的值;将扭簧初始角度值、扭簧弹性系数值以及上述确定的各个值分别代入公式22中的相关位置处,计算得到k+1时刻的Vk+1的值。由此,能够得到一个运动速度值-电机转动角度值对(Vk+1-θk+1)。将k+1时刻的的值、θk+1的值、Vk+1的值和hk+1的值存储起来,留给下一次迭代使用。迭代执行上述过程,直至迭代终止,得到多个离散的运动速度值-电机转动角度值对,将得到的多个散的运动速度值-电机转动角度值对作为移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。示例性地,迭代终止是指Tk+1=0。
在任一候选参数值组的限制下的电机扭矩的变化规律是指将任一候选参数值组中的相关参数代入电机扭矩的变化规律后得到的变化规律。电机扭矩的变化规律既可以是指根据电机特性曲线确定的变化规律,也可以是指人为设定的变化规律。当电机扭矩的变化规律是指人为设定的变化规律时,直接根据该人为设定的变化规律确定利用哪个公式表示的能量守恒模型获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。
当电机扭矩的变化规律是指根据电机特性曲线确定的变化规律时,基于任一候选参数值组中的连杆参数值组、任一候选参数值组中的电机参数值组、扭簧参数值组、电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的过程包括:获取至少一条电机特性曲线;对于至少一条电机特性曲线中的任一条电机特性曲线,基于任一候选参数值组中的连杆参数值组、任一候选参数值组中的电机参数值组、扭簧参数值组、能量守恒模型以及任一条电机特性曲线,获取移动平台的运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
至少一条电机特性曲线可以是指明确的电机特性曲线,也可以是指人为假设的电机特性曲线,本申请实施例对此不加以限定。获取至少一条电机特性曲线的过程可以是指从本地提取预先存储的明确的电机特性曲线或者人为假设的电机特性曲线。获取移动平台的运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系是指:通过根据任一条特性曲线确定的电机扭矩变化规律,确定在任一条电机特性曲线的限制下需要利用的能量守恒模型,进而将根据任一条电机特性曲线确定的电机扭矩变化规律代入利用的能量守恒模型的相关位置,得到移动平台的运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
需要说明的是,本申请实施例对利用的电机特性曲线的来源不加以限定。示例性地,电机特性曲线的来源可以是指电机自带的明确的电机特性曲线,也可以是指人为假设的电机特性曲线。本申请实施例以电机特性曲线是指人为假设的电机特性曲线为例进行说明。本申请实施例对人为假设的电机特性曲线的数量不加以限定。示例性地,人为假设的电机特性曲线的数量为3条,这3条电机特性曲线分别如图11中的(1)-(3)所示。
需要进一步说明的是,当电机特性曲线的数量为至少一条时,在每条电机特性曲线的限制下均得到一种移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系。也就是说,获取的移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系的数量与电机特性曲线的数量相同。
步骤2043:根据运动速度与电机转动角度的对应关系,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系指示了运动速度随电机转动角度的变化情况,根据移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系能够得到运动速度随电机转动角度的变化曲线,将此处得到的运动速度随电机转动角度的变化曲线作为移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
当运动速度与电机转动角度的对应关系利用运动速度与电机转动角度的关系方程表示时,根据运动速度与电机转动角度的关系方程得到运动速度随电机转动角度的变化曲线;当运动速度与电机转动角度的对应关系利用离散的运动速度值-电机转动角度值对表示时,根据离散的运动速度值-电机转动角度值对得到运动速度随电机转动角度的变化曲线。
在一种可能实现方式中,对于电机特性曲线的数量为至少一条,获取移动平台的运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系的情况,第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线。此时,根据运动速度与电机转动角度的对应关系,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线,包括:根据运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系,获取移动平台在第一跳跃阶段的任一条第二运动速度子曲线。
在步骤205中,基于第一运动速度曲线和第二运动速度曲线,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度。
第一运动速度曲线和第二运动速度曲线为在考虑不同的特性的情况下得到的移动平台在第一跳跃阶段的运动速度随电机转动角度的变化曲线。在一种可能实现方式中,基于第一运动速度曲线和第二运动速度曲线,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程包括以下步骤2051至步骤2053:
步骤2051:将第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与任一候选参数值组对应的起跳速度。
第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值即为移动平台在第一跳跃阶段达到的最大运动速度值。与根据其他运动速度值进行第三跳跃阶段相比,移动平台根据交点对应的运动速度值进行第三跳跃阶段,能够得到最大的跳跃高度。因此,将交点对应的运动速度值作为与该任一候选参数值组对应的起跳速度。
起跳速度受电机最大转速和扭矩两方面的限制。因此起跳速度应该综合两个方面的限制来确定。具体的,根据运动学模型得到的第一运动速度曲线能够体现电机最大转速的限制,根据能量守恒模型得到的第二运动速度曲线能够体现电机瞬时扭矩的限制。将第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为起跳速度,此种方式得到的起跳速度为在最大转速和扭矩两方面的限制下得到的最合适的起跳速度。
例如,利用同一候选参数值组得到的第二运动速度曲线如图7中的(5)中的曲线52所示。由于运动速度受到最大转速和扭矩两方面的限制,所以在每个电机转动角度下,移动平台仅能按照根据曲线51和曲线52这两条曲线确定的两个运动速度值中的最小运动速度值进行运动。根据图7中的(5)可知,在最大转速和扭矩两方面的限制下,移动平台在第一跳跃阶段能够运动的最大速度值即为第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值。因此,将第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与任一候选参数值组对应的起跳速度。
示例性地,根据图7中的(5)所示的运动速度随电机转动角度的变化曲线以及图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线,能够得到如图7中的(6)所示的运动速度随时间的变化曲线。需要说明的是,在确定图7中的(6)所示的运动速度随时间的变化曲线的过程中,确定与任一时刻对应的运动速度的方式为:根据图7中的(2)所示的电机转动角度随时间的变化曲线确定与该时刻对应的电机转动角度值,根据图7中的(5)所示的两条运动速度随电机转动角度的变化曲线,确定与该电机转动角度值对应的最小运动速度值,将该最小运动速度值作为与该任一时刻对应的运动速度值。
步骤2052:基于起跳速度,确定与任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度。
起跳速度是指移动平台在离地(离开参考平面)前一瞬间的运动速度;离开参考平面的速度是指移动平台在离地(离开参考平面)后一瞬间的运动速度,离开参考平面的速度也是指移动平台全身作为一个整体共同向上运动的开始速度。
整个跳跃过程中忽略连杆组件的质量和转动惯量。离地前,移动平台中向上运动的部分有腰部和尾巴(合计质量为M);离地后,移动平台中向上运动的部分又加入了轮子、扭簧以及配套的轮毂电机、轴承等(加入部分的合计质量为m)。在离地瞬间,具有如公式26所示的动量守恒公式:
MV=(M+m)V′ (公式26)
其中,M表示离地前轮足移动平台中向上运动的部分的质量;m表示离地后轮足移动平台中新加入的向上运动的部分的质量;V表示起跳速度;V’表示离开参考平面的速度。在M、m以及起跳速度V已知的情况下,根据公式26能够得到与任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度V’。
步骤2053:根据离开参考平面的速度以及移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度。
与任一候选参数值组对应的跳跃高度是指移动平台在步骤2052确定的离开参考平面的速度下能够离地上升的最大高度。离地上升的最大高度是指移动平台从离地到上升到最高点的过程中上升的高度。移动平台上升的高度可以是指移动平台的腰部上升的高度,也可以是指移动平台的质心上升的高度,本申请实施例对此不加以限定。
在离地之后,移动平台以离开参考平面的速度为初速度做竖直上抛运动,假设竖直上抛运动的最大高度为H,H是指移动平台从离地到上升到最高点过程中上升的高度(即为跳跃高度)。移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性能够利用公式27表示:
对公式27进行转换,能够得到公式28:
在离开参考平面的速度V’已知的情况下,根据公式28即可得到H的值,也就是得到与任一候选参数值组对应的跳跃高度。
在一种可能实现方式中,对于第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线的情况,基于第一运动速度曲线和第二运动速度曲线,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度,包括:对于至少一条第二运动速度子曲线中的任一条第二运动速度子曲线,基于第一运动速度曲线和任一条第二运动速度子曲线,确定与任一候选参数值组对应的一个跳跃高度;基于至少一条第二运动速度子曲线,确定与任一组候选参数对应的至少一个跳跃高度。
也就是说,当第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线时,根据每条第二运动速度子曲线均能够得到一个与该任一组候选参数对应的跳跃高度。与任一组候选参数对应的跳跃高度的数量与第二运动速度曲线中包括的第二运动速度子曲线的数量相同。
在一种可能实现方式中,对于至少一条第二运动速度子曲线中的任一条第二运动速度子曲线,基于第一运动速度曲线和任一条第二运动速度子曲线,确定与任一候选参数值组对应的一个跳跃高度的过程为:将第一运动速度曲线和该任一条第二运动速度子曲线的交点对应的运动速度值作为与任一候选参数值组对应的一个起跳速度;基于该起跳速度,确定与任一候选参数值组对应的一个离开参考平面的速度;根据该离开参考平面的速度以及移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与任一候选参数值组对应的一个跳跃高度。该过程的实现方式详见上述过程,此处不再赘述。
根据上述步骤202-步骤205即可得到与任一候选参数组值对应的跳跃高度。示例性地,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程如图12所示。根据运动学模型获取在该任一候选参数值组的限制下的第一运动速度曲线;根据该任一候选参数值组计算不受外力时的扭簧初始角度值,以及计算扭簧弹性系数值;根据电机特性曲线以及考虑扭簧蓄能的能量守恒特性,得到考虑电机特性的能量守恒模型;根据考虑电机特性的能量守恒模型获取在该任一候选参数值组的限制下的第二运动速度曲线;根据第一运动速度曲线和第二运动速度曲线确定起跳速度和跳跃高度。
步骤202-步骤205介绍了确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程。需要说明的是,步骤201和步骤202-步骤205可以交叉进行,也就是说,每基于步骤201获取参考数量个候选参数值组,即可基于步骤202-步骤205获取与参考数量个候选参数值组分别对应的跳跃高度。在基于步骤202-步骤205获取与参考数量个候选参数值组分别对应的跳跃高度的过程中,或者在基于步骤202-步骤205获取与参考数量个候选参数值组分别对应的跳跃高度之后,可以基于步骤201继续获取候选参数值组。循环上述过程,直至获取全部的候选参数值组,并且获取了与全部候选参数值组分别对应的跳跃高度,执行步骤206。需要说明的是,参考数量根据经验设置或者根据应用场景灵活调整,本申请实施例对此不加以限定。示例性地,参考数量为1,也就是说,每基于步骤201获取一个候选参数值组,即基于步骤202-步骤205获取与该候选参数值组对应的跳跃高度。
在步骤206中,根据与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为移动平台的目标参数值组。
步骤202-步骤205介绍了确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度的过程,根据步骤202-步骤205的方式能够得到与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度。在得到与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度后,根据与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组。
在一种可能实现方式中,根据与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组的方式为:从与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度;将至少一个候选参数值组中与最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。与最大跳跃高度对应的候选参数值组为至少一个候选参数值组中能够最大化利用电机装置以及扭簧提供的能量的候选参数值组,将该候选参数值组作为目标候选参数值组。
需要说明的是,无论与每个候选参数值组对应的跳跃高度的数量为一个还是多个,均能够从与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度。进而将最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。
在一种可能实现方式中,对于与每个候选参数值分别对应的跳跃高度的数量为多个的情况,每个跳跃高度对应一条电机特性曲线。在此种情况下,根据与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组的方式还可以为:从至少一个候选参数值组中选取任一候选参数值组,按照该任一候选参数值组以及该任一候选参数值组对应的扭簧参数值组对移动平台进行物理搭建,测试搭建后的移动平台的实际跳跃高度;将与该任一候选参数值组对应的多个跳跃高度中与实际跳跃高度最接近的跳跃高度作为指定跳跃高度;将该指定跳跃高度对应的电机特性曲线作为目标电机特性曲线;将与各个候选参数值组分别对应的多个跳跃高度中与该目标电机特性曲线对应的跳跃高度作为候选跳跃高度;从各个候选跳跃高度中确定最大候选跳跃高度,将该最大候选跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。在此种方式下,根据物理搭建后的移动平台的实际跳跃高度,能够确定最接近电机实际特性的目标电机特性曲线。进而通过仅对比与目标电机特性曲线对应的跳跃高度,即可确定目标候选参数值组,减少比对次数,并且能够推测电机实际特性。
在确定目标候选参数值组后,将目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为移动平台的目标参数值组。由此,得到移动平台的目标参数值组。移动平台的目标参数值组包括至少一个目标参数值。在一种可能实现方式中,在将目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为移动平台的目标参数值组之后,还包括:基于目标参数值组对移动平台进行物理搭建;利用搭建后的移动平台配置移动机器人。前述内容均为在终端执行的确定目标参数值组的过程,在确定目标参数值组后,根据目标参数值组对移动平台进行物理搭建,进而利用搭建后的移动平台配置移动机器人中。利用搭建后的移动平台配置移动机器人为轮足式移动机器人。需要说明的是,在利用搭建后的移动平台配置移动机器人的过程中,可以利用一个或多个搭建后的移动平台配置一个移动机器人。根据此种方式配置的移动机器人能够实现优异的跳跃性能。
示例性地,对于每基于步骤201获取一个候选参数值组,即基于步骤202-步骤205获取与该候选参数值组对应的跳跃高度的情况,假设至少一个候选参数值组中除第一连杆的长度和第二连杆的长度外的其他参数值均相同,则获取至少一个候选参数值组的过程可视为获取第一连杆的长度值和第二连杆的长度值的至少一个组合的过程。在此种情况下,确定移动平台的目标参数值组的过程可视为优化移动平台的尺寸的过程。目的在于确定在其他参数值(如,电机参数值组中的参数值)固定的情况下,在什么样的第一连杆的长度值和第二连杆的长度值的组合下,移动平台能够跳跃到最大高度,也就是电机装置和扭簧的能量能够得到最优化的利用。
在获取至少一个候选参数值组的过程可视为获取第一连杆的长度值和第二连杆的长度值的至少一个组合的过程的情况下,确定移动平台的目标参数值组的过程如图13所示。获取至少一个候选参数值组的过程包括:首先固定某一第一连杆的长度值,保持第一连杆的长度值不变的同时,遍历第二连杆的长度值。每遍历一个第二连杆的长度值,根据当前的第一连杆的长度值、第二连杆的长度值以及其他固定不变的参数值,得到一个候选参数值组。针对包括每一组第一连杆的长度值-第二连杆的长度值的组合的候选参数值组,应用扭簧参数的确定方法确定一个电机的堵转扭矩能够拉开的扭簧具有的扭簧参数组。根据包括每一组第一连杆的长度值-第二连杆的长度值的组合的候选参数值组和扭簧参组数,计算每一组第一连杆的长度值-第二连杆的长度值的组合对应的跳跃高度。当第二连杆的长度值遍历结束后,得到某一第一连杆的长度值下,移动平台的最大跳跃高度。在确定每一组第一连杆的长度值-第二连杆的长度值的组合对应的跳跃高度的过程中,均能够得到与如图7所示的多种变化曲线图类似的多种变化曲线图。
在固定某一第一连杆的长度值,改变第二连杆的长度值的过程中,能够得到如图14所示的多种变化曲线图。图14中的(1)-(6)对应的变化曲线图的表示的含义与图7相同,此处不再赘述,在图14中的(1)-(6)中的任一种变化曲线图中,均包括在固定某一第一连杆的长度值的情况下,遍历的每个第二连杆的长度值的对应的变化曲线。从图14中的(1)-(6)中提取出能够得到最大跳跃高度的第二连杆的长度值对应的一组变化曲线,将提取出的一组变化曲线作为某一固定的第一连杆的长度值下的移动平台的一组状态曲线。
在上述基础上改变第一连杆的长度值,同样遍历第二连杆的长度值,得到与图14类似的图。依次遍历各个第一连杆的长度值,能够得到每个第一连杆的长度值下的移动平台的一组状态曲线。将每个第一连杆的长度值下的移动平台的一组状态曲线画在一起,得到如图15所示的多种变化曲线图。图15中的(1)-(6)对应的变化曲线图的表示的含义与图7相同,此处不再赘述。在图15中的每组状态曲线均对应着一个固定的第一连杆的长度值下遍历所有的第二连杆的长度值得到的最大跳跃高度的候选参数值组。这样,经过两个维度上的反复迭代,即可得到移动平台在各个候选参数值组下的最大跳跃高度。将最大跳跃高度对应的候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与该候选参数值组对应的扭簧参数值组作为移动平台的目标参数值组。
示例性地,假设每个候选参数值组中均包括电机参数值组和连杆参数值组,为了确定不同的电机参数值组对应的最优连杆参数值组,将各个候选参数值组根据电机参数值组进行分组,对电机参数值组相同的一组候选参数值组进行评估,以确定每种电机参数值组对应的最优连杆参数值组。需要说明的是,每种电机参数值组对应的最优连杆参数值组是指在电机参数值组的限制下,能够达到最大跳跃高度的连杆参数值组。
假设电机参数值组具有四种,分别为AX-18A(1:1)-55.9g/10.15/1.8Nm、MN6007(1:2)-650g/26.17/8Nm、MN6007(1:3)-700g/17.45/12Nm和MN6007(1:5)-900g/10.47/20Nm。每个电机参数值组中均包括电机型号标识(如,AX-18A、MN6007)、电机外界减速器的减速比值(如,1:1、1:2、1:3、1:5)、电机在减速比下的质量值(单位g)、最大转速值(单位rad/s)和堵转扭矩值(单位N m)。根据这四种电机参数值组将全部候选参数值组划分为四组。每组候选参数值组均在三条电机特性曲线的限制下计算对应的跳跃高度。三条电机特性曲线为如图11中的(1)-(3)所示的三条电机特性曲线。在每种电机参数值组下,确定在三条电机特性曲线的限制下分别能够得到的最大跳跃高度以及最大跳跃高度对应的连杆参数值组,结果如表1至表4所示。需要说明的是,表1至表4中的K表示扭簧弹性系数,扭簧弹性系数根据连杆参数值组和电机参数值组确定。也就是说,表1至表4中的计算结果为考虑扭簧能量释放的情况下的计算结果。以表1中的第一行结果为例进行说明,在电机参数值组为电机型号标识为AX-18A、外接减速比值为1:1、电机质量值为55.9g,最大转速值为10.15rad/s,堵转扭矩值为1.8Nm的情况下,在第一电机特性曲线的限制下,已知l0=100mm,优化的结果为最大跳跃高度为15.48cm,该最大跳跃高度对应的第一连杆的长度值为l1=280mm,第二连杆的长度值为l2=392mm,根据此时的连杆参数值组以及电机参数值组确定的弹性系数为14.7。
表1
表2
表3
表4
根据上述表1至表4,即可得知在每种电机参数值组下,应该在什么样的电机特性曲线下选择什么样的连杆参数值组,以使移动平台实现优异的跳跃性能。
进一步地,为了便于说明扭簧能够提高移动平台的跳跃性能,将同样的候选参数值组应用在不包括扭簧的移动平台上,按照得到表1至表4的相同方式得到了表5至表8的计算结果,也就是说,表5至表8中的计算结果不为考虑扭簧能量释放的情况下的计算结果。需要说明的是,由于表5至表8的计算结果为在不包括扭簧的移动平台上的计算结果,所以不涉及扭簧的扭簧弹性系数。
表5
表6
表7
表8
示例性地,应用AX-18A电机搭建实际移动平台物理系统并进行跳跃测试,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第一电机特性曲线和第二电机特性曲线之间的某种情况。
对比不考虑扭簧能量释放(表5至表8)的情况下以及考虑扭簧能量释放(表1至表4)的情况下的计算结果,可以得出以下结论:
1、同样的电机参数值组下,扭簧能量释放增加了移动平台的跳跃高度。
2、未考虑扭簧能量释放的结果中,不同电机特性曲线下的结果往往是有差异的,而考虑扭簧能量释放的结果中,不同电机特性曲线下的结果差异不大,有的甚至完全相同,说明弹性机构从某种意义上讲起到了增大电机扭矩的效果,结果几乎一致的情况发生在电机的扭矩已经不是整个系统的瓶颈的情况下。这时候,限制系统能量和跳跃高度的往往是电机的最大转速。
3、同样的电机参数值组和同样的电机特性曲线下,不考虑扭簧能量释放和考虑扭簧能量释放得到的连杆参数值组往往是不同的。这说明,不考虑扭簧能量释放下优化出来的连杆参数值组,后面直接加上扭簧是无法实现能量的最优化利用的,也从侧面说明了将扭簧的设计和参数值选取融入系统整体的最优化设计过程的必要性。
4、随着电机特性曲线从第一电机特性曲线到第三电机特性曲线,电机扭矩的做功效率越来越高,跳跃高度自然越来越大,但是优化得到的连杆参数值组中的第一连杆的长度值或第二连杆的长度值却不是单调变化的,这说明第一连杆的长度值或第二连杆的长度值不是越长越好,也不是越短越好,而是取决于移动平台的整体质量、电机参数值组等复杂的综合因素。
本申请实施例给出了一种移动平台的参数值确定方法,通过获取不同的候选参数值组,得到不同参数值组下的移动平台的运动状态和跳跃高度,以此来实现移动平台设计阶段的参数值确定过程,由于候选参数值组中包括连杆参数值组和电机参数值组,确定移动平台的参数值的过程可视为尺寸优化和电机选型的过程。确定移动平台的参数值的过程中考虑了电机的加速过程中的扭矩和转速的限制,考虑了增加扭簧后的扭簧能量释放过程。此种方式确定的跳跃高度与实测实验结果基本吻合,验证了参数值确定方法的正确性和可信度。该方法为移动平台结构的详细设计和元件选型提供了参考。
相关技术均是分别针对不同的移动平台结构给出的建模方法和参数确定方法,不适用于本申请实施例中的移动平台。本申请实施例提供的方法更具有针对性,给出了本申请实施例中的移动平台的参数值确定方法,同时考虑了电机的加速过程中的扭矩和转速的限制,考虑了增加扭簧后的扭簧能量释放过程,为移动平台结构的详细设计提供了参考。此外,相关技术大多针对电机特性曲线完全明确的情况下,而本申请实施例还适用于电机特性曲线不明确的情况。本申请实施例在确定参数值的过程中,同时应用能量守恒特性和运动学特性,并巧妙利用了二者之间的限制关系,优化了移动平台的参数值确定过程,减少了迭代次数。
在本申请实施例中,移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,基于本申请实施例提供的技术方案能够实现确定带有电机装置和扭簧这两种能量提供装置的移动平台的参数值的任务。此外,移动平台的目标参数值组根据与各个候选参数值组分别对应的跳跃高度确定,在确定与每个候选参数值组对应的跳跃高度的过程中均综合考虑了运动学模型和能量守恒模型两个方面的限制,与每个候选参数值组对应的跳跃高度均为具有该候选参数值组的移动平台在上述两个方面的限制下能够跳跃的较大高度。根据此种方式确定的目标参数值组为能够使带有电机装置和扭簧的移动平台实现优异的跳跃性能的参数值的集合,根据此种方式确定的目标参数值组对带有电机装置和扭簧的移动平台的设计过程具有更强的参考性。
参见图16,本申请实施例提供了一种移动平台的参数值确定装置,该装置包括:
第一获取单元1601,用于获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组;
第二获取单元1602,用于对于至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线;
第一确定单元1603,用于根据任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;
第三获取单元1604,用于基于任一候选参数值组、扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线;
第二确定单元1605,用于基于第一运动速度曲线和第二运动速度曲线,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度;
第三确定单元1606,用于根据与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为移动平台的目标参数值组。
在一种可能实现方式中,电机参数值组包括堵转扭矩值,扭簧参数值组包括扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值;第一确定单元1603,用于基于任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值,扭簧初始角度值用于指示在不受外力时扭簧的两个力臂之间的力臂夹角值;基于任一候选参数值组中的堵转扭矩值、任一候选参数值组中的连杆参数值组、扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程,力学关系模型为基于移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造的模型;基于弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值,将各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值;利用扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值构成与任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
在一种可能实现方式中,第二获取单元1602,用于基于运动学模型以及任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程,运动学模型基于移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造得到;基于运动状态随电机转动角度的变化方程,获取移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
在一种可能实现方式中,第三获取单元1604,用于确定与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值;基于任一候选参数值组中的连杆参数值组、任一候选参数值组中的电机参数值组、扭簧参数值组、电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系,能量守恒模型基于移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造得到;根据运动速度与电机转动角度的对应关系,获取移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
在一种可能实现方式中,第三获取单元1604,还用于在至少一个角度约束条件中,确定与任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件;根据至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,确定与任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值;将至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
在一种可能实现方式中,第三获取单元1604,还用于获取至少一条电机特性曲线;对于至少一条电机特性曲线中的任一条电机特性曲线,基于任一候选参数值组中的连杆参数值组、任一候选参数值组中的电机参数值组、扭簧参数值组、能量守恒模型以及任一条电机特性曲线,获取移动平台的运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
在一种可能实现方式中,第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线,第三获取单元1604,还用于根据运动速度与电机转动角度在任一条电机特性曲线的限制下的对应关系,获取移动平台在第一跳跃阶段的任一条第二运动速度子曲线。
在一种可能实现方式中,第二确定单元1605,用于将第一运动速度曲线和第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与任一候选参数值组对应的起跳速度;基于起跳速度,确定与任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度;基于离开参考平面的速度以及移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与任一候选参数值组对应的跳跃高度。
在一种可能实现方式中,第三确定单元1606,还用于从与至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度;将至少一个候选参数值组中与最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。
在一种可能实现方式中,参见图17,该装置还包括:
配置单元1607,用于基于目标参数值组对移动平台进行物理搭建;利用搭建后的移动平台配置移动机器人。
在本申请实施例中,移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,基于本申请实施例提供的技术方案能够实现确定带有电机装置和扭簧这两种能量提供装置的移动平台的参数值的任务。此外,移动平台的目标参数值组根据与各个候选参数值组分别对应的跳跃高度确定,在确定与每个候选参数值组对应的跳跃高度的过程中均综合考虑了运动学模型和能量守恒模型两个方面的限制,与每个候选参数值组对应的跳跃高度均为具有该候选参数值组的移动平台在上述两个方面的限制下能够跳跃的较大高度。根据此种方式确定的目标参数值组为能够使带有电机装置和扭簧的移动平台实现优异的跳跃性能的参数值的集合,根据此种方式确定的目标参数值组对带有电机装置和扭簧的移动平台的设计过程具有更强的参考性。
需要说明的是,上述实施例提供的装置在实现其功能时,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将设备的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。另外,上述实施例提供的装置与方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,这里不再赘述。
图18是本申请实施例提供的一种服务器的结构示意图,该服务器可因配置或性能不同而产生比较大的差异,可以包括一个或多个处理器(Central Processing Units,CPU)1801和一个或多个存储器1802,其中,该一个或多个存储器1802中存储有至少一条程序代码,该至少一条程序代码由该一个或多个处理器1801加载并执行,以实现上述各个方法实施例提供的移动平台的参数值确定方法。当然,该服务器还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等部件,以便进行输入输出,该服务器还可以包括其他用于实现设备功能的部件,在此不做赘述。
图19是本申请实施例提供的一种终端的结构示意图。该终端可以是:智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑。终端还可能被称为用户设备、便携式终端、膝上型终端、台式终端等其他名称。
通常,终端包括有:处理器1901和存储器1902。
处理器1901可以包括一个或多个处理核心,比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1901可以采用DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)、FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array,可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1901也可以包括主处理器和协处理器,主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器,也称CPU(Central ProcessingUnit,中央处理器);协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中,处理器1901可以集成有GPU(Graphics Processing Unit,图像处理器),GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中,处理器1901还可以包括AI(Artificial Intelligence,人工智能)处理器,该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器1902可以包括一个或多个计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1902还可包括高速随机存取存储器,以及非易失性存储器,比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中,存储器1902中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令,该至少一个指令用于被处理器1901所执行以实现本申请中方法实施例提供的移动平台的参数值确定方法。
在一些实施例中,终端还可选包括有:外围设备接口1903和至少一个外围设备。处理器1901、存储器1902和外围设备接口1903之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1903相连。具体地,外围设备包括:射频电路1904、触摸显示屏1905、摄像头组件1906、音频电路1907和电源1909中的至少一种。
外围设备接口1903可被用于将I/O(Input/Output,输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器1901和存储器1902。在一些实施例中,处理器1901、存储器1902和外围设备接口1903被集成在同一芯片或电路板上;在一些其他实施例中,处理器1901、存储器1902和外围设备接口1903中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现,本实施例对此不加以限定。
射频电路1904用于接收和发射RF(Radio Frequency,射频)信号,也称电磁信号。射频电路1904通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路1904将电信号转换为电磁信号进行发送,或者,将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地,射频电路1904包括:天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路1904可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于:城域网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity,无线保真)网络。在一些实施例中,射频电路1904还可以包括NFC(Near Field Communication,近距离无线通信)有关的电路,本申请对此不加以限定。
显示屏1905用于显示UI(User Interface,用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏1905是触摸显示屏时,显示屏1905还具有采集在显示屏1905的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器1901进行处理。此时,显示屏1905还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘,也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中,显示屏1905可以为一个,设置在终端的前面板;在另一些实施例中,显示屏1905可以为至少两个,分别设置在终端的不同表面或呈折叠设计;在再一些实施例中,显示屏1905可以是柔性显示屏,设置在终端的弯曲表面上或折叠面上。甚至,显示屏1905还可以设置成非矩形的不规则图形,也即异形屏。显示屏1905可以采用LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
摄像头组件1906用于采集图像或视频。可选地,摄像头组件1906包括前置摄像头和后置摄像头。通常,前置摄像头设置在终端的前面板,后置摄像头设置在终端的背面。在一些实施例中,后置摄像头为至少两个,分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头、长焦摄像头中的任意一种,以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能、主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及VR(Virtual Reality,虚拟现实)拍摄功能或者其它融合拍摄功能。在一些实施例中,摄像头组件1906还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯,也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合,可以用于不同色温下的光线补偿。
音频电路1907可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波,并将声波转换为电信号输入至处理器1901进行处理,或者输入至射频电路1904以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的,麦克风可以为多个,分别设置在终端的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器1901或射频电路1904的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器,也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时,不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波,也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中,音频电路1907还可以包括耳机插孔。
电源1909用于为终端中的各个组件进行供电。电源1909可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源1909包括可充电电池时,该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
在一些实施例中,终端还包括有一个或多个传感器1910。该一个或多个传感器1910包括但不限于:加速度传感器1911、陀螺仪传感器1912、压力传感器1913、光学传感器1915以及接近传感器1916。
加速度传感器1911可以检测以终端建立的坐标系的三个坐标轴上的加速度大小。比如,加速度传感器1911可以用于检测重力加速度在三个坐标轴上的分量。处理器1901可以根据加速度传感器1911采集的重力加速度信号,控制触摸显示屏1905以横向视图或纵向视图进行用户界面的显示。加速度传感器1911还可以用于游戏或者用户的运动数据的采集。
陀螺仪传感器1912可以检测终端的机体方向及转动角度,陀螺仪传感器1912可以与加速度传感器1911协同采集用户对终端的3D动作。处理器1901根据陀螺仪传感器1912采集的数据,可以实现如下功能:动作感应(比如根据用户的倾斜操作来改变UI)、拍摄时的图像稳定、游戏控制以及惯性导航。
压力传感器1913可以设置在终端的侧边框和/或触摸显示屏1905的下层。当压力传感器1913设置在终端的侧边框时,可以检测用户对终端的握持信号,由处理器1901根据压力传感器1913采集的握持信号进行左右手识别或快捷操作。当压力传感器1913设置在触摸显示屏1905的下层时,由处理器1901根据用户对触摸显示屏1905的压力操作,实现对UI界面上的可操作性控件进行控制。可操作性控件包括按钮控件、滚动条控件、图标控件、菜单控件中的至少一种。
光学传感器1915用于采集环境光强度。在一个实施例中,处理器1901可以根据光学传感器1915采集的环境光强度,控制触摸显示屏1905的显示亮度。具体地,当环境光强度较高时,调高触摸显示屏1905的显示亮度;当环境光强度较低时,调低触摸显示屏1905的显示亮度。在另一个实施例中,处理器1901还可以根据光学传感器1915采集的环境光强度,动态调整摄像头组件1906的拍摄参数。
接近传感器1916,也称距离传感器,通常设置在终端的前面板。接近传感器1916用于采集用户与终端的正面之间的距离。在一个实施例中,当接近传感器1916检测到用户与终端的正面之间的距离逐渐变小时,由处理器1901控制触摸显示屏1905从亮屏状态切换为息屏状态;当接近传感器1916检测到用户与终端的正面之间的距离逐渐变大时,由处理器1901控制触摸显示屏1905从息屏状态切换为亮屏状态。
本领域技术人员可以理解,图19中示出的结构并不构成对终端的限定,可以包括比图示更多或更少的组件,或者组合某些组件,或者采用不同的组件布置。
在示例性实施例中,还提供了一种计算机设备,该计算机设备包括处理器和存储器,该存储器中存储有至少一条程序代码。该至少一条程序代码由一个或者一个以上处理器加载并执行,以实现上述任一种移动平台的参数值确定方法。
在示例性实施例中,还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码,该至少一条程序代码由计算机设备的处理器加载并执行,以实现上述任一种移动平台的参数值确定方法。
在一种可能实现方式中,上述计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、只读光盘(Compact DiscRead-Only Memory,CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性实施例中,还提供了一种计算机程序产品或计算机程序,该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令,处理器执行该计算机指令,使得该计算机设备执行上述任一种移动平台的参数值确定方法。
应当理解的是,在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述仅为本申请的示例性实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种移动平台的参数值确定方法,其特征在于,所述移动平台包括电机装置、连杆组件和扭簧,所述电机装置和所述扭簧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:
获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将所述至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与所述至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组;
对于所述至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线,所述第一跳跃阶段为所述移动平台从起跳到离开参考平面的阶段;
根据所述任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;
基于所述任一候选参数值组、所述扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线;
基于所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度;
根据与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从所述至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将所述目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与所述目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为所述移动平台的目标参数值组。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电机参数值组包括堵转扭矩值,所述扭簧参数值组包括扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值;所述根据所述任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组,包括:
基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值,所述扭簧初始角度值用于指示在不受外力时扭簧的两个力臂之间的力臂夹角值;
基于所述任一候选参数值组中的堵转扭矩值、所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程,所述力学关系模型为基于所述移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造的模型,所述第二跳跃阶段为所述移动平台在起跳之前下蹲的阶段;
基于所述弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值,将各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值;
利用所述扭簧初始角度值和所述扭簧弹性系数值构成与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线,包括:
基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定所述移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程,所述运动学模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造得到;
基于所述运动状态随电机转动角度的变化方程,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述任一候选参数值组、所述扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线,包括:
确定与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值;
基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系,所述能量守恒模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造得到;
根据所述运动速度与电机转动角度的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述确定与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值,包括:
在至少一个角度约束条件中,确定与所述任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件;
根据所述至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,确定与所述任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值;
将所述至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系,包括:
获取至少一条电机特性曲线;
对于所述至少一条电机特性曲线中的任一条电机特性曲线,基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述能量守恒模型以及所述任一条电机特性曲线,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线,所述根据所述运动速度与电机转动角度的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线,包括:
根据所述运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的任一条第二运动速度子曲线。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法,其特征在于,所述基于所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度,包括:
将所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与所述任一候选参数值组对应的起跳速度;
基于所述起跳速度,确定与所述任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度;
基于所述离开参考平面的速度以及所述移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度,所述第三跳跃阶段为所述移动平台离开所述参考平面后的阶段。
9.根据权利要求1-7任一所述的方法,其特征在于,所述根据与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从所述至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,包括:
从与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度;
将所述至少一个候选参数值组中与所述最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。
10.根据权利要求1-7任一所述的方法,其特征在于,所述将所述目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与所述目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为所述移动平台的目标参数值组之后,所述方法还包括:
基于所述目标参数值组对所述移动平台进行物理搭建;
利用搭建后的移动平台配置移动机器人。
11.一种移动平台的参数值确定装置,其特征在于,所述装置包括:
第一获取单元,用于获取至少一个连杆参数值组和至少一个电机参数值组,将所述至少一个连杆参数值组中的任一连杆参数值组与所述至少一个电机参数值组中的任一电机参数值组作为一个候选参数值组,得到至少一个候选参数值组;
第二获取单元,用于对于所述至少一个候选参数值组中的任一候选参数值组,基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线,所述第一跳跃阶段为所述移动平台从起跳到离开参考平面的阶段;
第一确定单元,用于根据所述任一候选参数值组中的连杆参数值组及电机参数值组,确定与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组;
第三获取单元,用于基于所述任一候选参数值组、所述扭簧参数值组以及能量守恒模型,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线;
第二确定单元,用于基于所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度;
第三确定单元,用于根据与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度,从所述至少一个候选参数值组中确定目标候选参数值组,将所述目标候选参数值组中的连杆参数值组、电机参数值组以及与所述目标候选参数值组对应的扭簧参数值组作为所述移动平台的目标参数值组。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述电机参数值组包括堵转扭矩值,所述扭簧参数值组包括扭簧初始角度值和扭簧弹性系数值;
所述第一确定单元,用于基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定扭簧初始角度值,所述扭簧初始角度值用于指示在不受外力时扭簧的两个力臂之间的力臂夹角值;基于所述任一候选参数值组中的堵转扭矩值、所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述扭簧初始角度值以及力学关系模型,确定弹性系数随力臂夹角的变化方程,所述力学关系模型为基于所述移动平台在第二跳跃阶段的受力状态构造的模型,所述第二跳跃阶段为所述移动平台在起跳之前下蹲的阶段;基于所述弹性系数随力臂夹角的变化方程,确定各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值,将各个候选力臂夹角值分别对应的弹性系数值中最小的弹性系数值作为扭簧弹性系数值;利用所述扭簧初始角度值和所述扭簧弹性系数值构成与所述任一候选参数值组对应的扭簧参数值组。
13.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述第二获取单元,用于基于运动学模型以及所述任一候选参数值组中的连杆参数值组,确定所述移动平台在第一跳跃阶段的运动状态随电机转动角度的变化方程,所述运动学模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的运动学特性构造得到;基于所述运动状态随电机转动角度的变化方程,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第一运动速度曲线。
14.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述第三获取单元,用于确定与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值;基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述电机转动初始角度值以及能量守恒模型,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度的对应关系,所述能量守恒模型基于所述移动平台在第一跳跃阶段的能量守恒特性构造得到;根据所述运动速度与电机转动角度的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的第二运动速度曲线。
15.根据权利要求14所述的装置,其特征在于,所述第三获取单元,用于在至少一个角度约束条件中,确定与所述任一候选参数值组匹配的至少一个目标角度约束条件;根据所述至少一个目标角度约束条件分别对应的角度值计算模型,确定与所述任一候选参数值组对应的至少一个候选初始角度值;将所述至少一个候选初始角度值中最小的候选初始角度值作为与所述任一候选参数值组对应的电机转动初始角度值。
16.根据权利要求14所述的装置,其特征在于,所述第三获取单元,用于获取至少一条电机特性曲线;对于所述至少一条电机特性曲线中的任一条电机特性曲线,基于所述任一候选参数值组中的连杆参数值组、所述任一候选参数值组中的电机参数值组、所述扭簧参数值组、所述能量守恒模型以及所述任一条电机特性曲线,获取所述移动平台的运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系。
17.根据权利要求16所述的装置,其特征在于,所述第二运动速度曲线包括至少一条第二运动速度子曲线;
所述第三获取单元,用于根据所述运动速度与电机转动角度在所述任一条电机特性曲线的限制下的对应关系,获取所述移动平台在第一跳跃阶段的任一条第二运动速度子曲线。
18.根据权利要求11-17任一所述的装置,其特征在于,所述第二确定单元,用于将所述第一运动速度曲线和所述第二运动速度曲线的交点对应的运动速度值作为与所述任一候选参数值组对应的起跳速度;基于所述起跳速度,确定与所述任一候选参数值组对应的离开参考平面的速度;基于所述离开参考平面的速度以及所述移动平台在第三跳跃阶段的能量守恒特性,确定与所述任一候选参数值组对应的跳跃高度,所述第三跳跃阶段为所述移动平台离开所述参考平面后的阶段。
19.根据权利要求11-17任一所述的装置,其特征在于,所述第三确定单元,用于从与所述至少一个候选参数值组分别对应的跳跃高度中,确定最大跳跃高度;将所述至少一个候选参数值组中与所述最大跳跃高度对应的候选参数值组作为目标候选参数值组。
20.根据权利要求11-17任一所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:配置单元,用于基于所述目标参数值组对所述移动平台进行物理搭建;利用搭建后的移动平台配置移动机器人。
21.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行,以实现如权利要求1至10任一所述的移动平台的参数值确定方法。
22.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行,以实现如权利要求1至10任一所述的移动平台的参数值确定方法。
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