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双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计一般包括以下几个关键部分：
1. 足底结构：足底结构是机器人与地面接触的部分，需要具备良好的稳定性和抓地力。
一般采用橡胶材料制作，设计有凹凸纹路或者类似动物脚掌的结构，以增加摩擦力和抓地力。
2. 关节设计：双足仿生机器人的每个腿部都需要多个关节来实现自由运动。
关节设计需要考虑到机器人的稳定性和灵活性，一般采用电机驱动的旋转关节或者液压/气动驱动的线性关节。
3. 动力系统：机器人行走需要动力系统提供能量。
一般采用电池或者电源供电，驱动关节的电机需要具备足够的扭矩和速度来实现机器人的行走。
4. 传感器：为了实现机器人的平衡和姿态控制，需要配备各种传感器。
例如，陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度，力传感器可以用来感知地面反作用力，视觉传感器可以用来感知周围环境。
5. 控制系统：双足仿生机器人的行走需要一个高效的控制系统。
控制系统可以根据传感器的反馈信息，实时调整关节的运动，以保持机器人的平衡和稳定。
总体来说，双足仿生机器人行走机构设计需要考虑到稳定性、灵活性、能量效率和控制系统的要求。
具体的设计方案需要根据机器人的应用场景和需求来确定。
2019·7（下）《科技传播》142作者简介：张皓洋，南京外国语学校。
基于Arduino的下肢康复训练系统张皓洋摘 要 本研究开发了一种基于模拟直立行走的下肢康复训练控制系统，该系统包括下肢康复训练机构设计、电机控制电路及控制软件等。
下肢康复训练系统采用3个步进电机为训练设备的下肢运动机构提供动力，选用Arduino 板为控制核心，使用WPF 设计上位机用户端，实现了下肢的同步训练和交替训练。
本实验结果表明，该控制系统具有良好的稳定性，满足了下肢康复训练的需求。
关键词 下肢康复；控制系统；Arduino ；WPF中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）239-0142-03随着现在社会的不断发展进步和人们生活水平的提高，人口老龄化的问题日趋严峻，由脑卒死等导致的神经损伤引发下肢功能出现障碍，或由于车祸、工伤等下肢意外受伤的患者，其下肢康复是个漫长的过程。
而传统的康复治疗手段大多采用医生手工辅助完成，大大增加了康复过程的成本且效率低下，也会影响患者的身心健康。
目前市面上的下肢康复训练装置功能不全，大多只能模拟下肢的两个自由度运动[1]。
本次设计的下肢康复装置具有3个方向的自由度，更贴近于人体正常行走时的状态。
该系统克服了现有下肢康复训练设备的缺点，既可以实现双腿的张合训练，也实现了双腿各自张合和旋转运动的独立性[2]。
1 功能及性能指标本文研发的下肢康复训练系统主要功能如下：在训练时，患者将脚部放置在脚踏板上，本系统设置三个步进电机，两个对称放置的电机分别控制双腿的旋转，另外一个电机用于控制双腿的分合，实现三个自由度的运动训练。
根据使用者的训练要求，可在上位机界面上操纵装置的运动，满足了不同患者的运动习惯，同时也设置了不同的康复训练游戏模式，提高了患者的恢复速度。
具体实现功能如下：1）运动训练由三个电机提供动力，彼此之间实现独立驱动。
训练模式包括上下前后拟合成的旋转运动和左右直线的运动。
基于Arduino的智能机器人实践教学设计1. 引言随着智能化时代的到来，人们越来越多地关注智能机器人的研发和应用。
在教育领域，利用智能机器人开展实践教学，可以提高学生的实践能力和创新能力，进而促进其对于智能化技术的理解和认识。
因此，基于Arduino的智能机器人实践教学设计成为了近年来教育领域中的热点问题。
本文将介绍基于Arduino的智能机器人实践教学设计，并重点讨论其在教育领域中的应用和未来发展方向。
2. Arduino智能机器人的概念和组成2.1 智能机器人的概念智能机器人是一种智能化的机器人，它可以自主的工作和学习，并且可以通过人机交互对外界环境做出响应。
智能机器人不仅需要有高精度、高性能的硬件设备，还需要具有灵活性和程序可编程性的软件系统。
2.2 Arduino智能机器人的组成Arduino智能机器人是一种基于Arduino单片机的智能化机器人，其主要硬件构成包括Arduino主板、电机、传感器、驱动模块等，软件系统包括基于Arduino编写的程序代码，可通过编程实现机器人的各种功能。
Arduino主板是Arduino智能机器人的核心，它基于ATmega328P单片机，拥有14个数字输入输出管脚和6个模拟输入输出管脚，可通过编程对机器人进行各种操作。
电机是机器人的动力来源，通过驱动模块转换电能为机械能，并能控制机器人的运动。
传感器是机器人的感官器官，可以通过采集周围环境的数据，向主板提供实时反馈，实现机器人的智能化功能。
总之，Arduino智能机器人是一种具有智能化特征的机器人，通过硬件设备和程序代码实现各种功能。
3. 基于Arduino的智能机器人在教学中的应用3.1 基础教学在基础教学阶段，可以通过Arduino智能机器人，让学生了解机器人的基本构成、电路原理、指令编程等，从而促进学生对于机器人技术的理解和认识。
在教学中可以让学生通过编写程序，实现车辆的前进、后退、左转、右转等动作，锻炼学生的编程能力和动手能力。
双足机器人步行原理
双足机器人步行原理基于仿生学和机器人控制理论，旨在模拟人类的步行运动。
它主要基于以下原理和控制策略：
1. 动态平衡控制：双足机器人在行走过程中需要保持动态平衡，这意味着机器人需要时刻根据自身的姿态、行走速度和地面情况来调整步态和控制力矩，以保持机体的稳定。
2. 步态规划：双足机器人的步态规划决定了每一步腿的运动轨迹和步频。
一般来说，机器人上半身的重心会向前倾斜，然后交替迈步。
步态规划需要考虑腿部的受力、身体姿态、地面摩擦力等多个因素。
3. 步态控制：基于步态规划，机器人需要实现对每一步的力矩控制和低级关节控制。
这意味着机器人需要根据颈部、腰部、髋部、膝关节和脚踝关节的传感器反馈信息来调整关节的输出力和控制策略。
4. 感知与反馈：双足机器人需要运用各种传感器来感知自身的状态和周围环境，例如倾斜传感器、压力传感器、陀螺仪等。
这些传感器的数据能够提供给控制系统供其根据需要调整步行姿势和控制力矩。
5. 动力学控制：双足机器人需要考虑自身的动力学特性，以及地面反作用力的影响。
动力学控制通过综合各种传感器信息和动力学模型来计算机器人每一步所需的力矩，以提供足够的力量来维持步行。
综上所述，双足机器人步行的原理涉及动态平衡控制、步态规划、步态控制、感知与反馈以及动力学控制等多个方面。
通过精确的控制策略和高度集成的感知系统，机器人能够模拟人类的步行运动，并具备稳定的步行能力。
双足竞步机器人设计与制作技术报告一、引言二、设计原理1.动力系统2.传感系统3.平衡控制系统平衡是双足机器人最基本的功能之一、平衡控制系统基于双足机器人的运动状态及传感器信息，通过反馈控制算法实现平衡控制，使机器人能够保持稳定的步态。
4.步态控制系统步态控制系统主要通过控制机器人的下肢运动，完成双足的协调步行。
常见的步态控制算法有离散控制、预先编程控制、模型预测控制等。
三、制作过程1.机械结构设计2.电子系统设计电子系统设计主要包括电路设计和控制系统设计。
电路设计需要根据机器人的运行需求进行电源和信号处理电路的设计。
控制系统设计需要根据机器人的传感信息和控制算法，选择合适的控制器和通信模块。
3.程序开发与调试程序开发是制作双足竞步机器人不可或缺的一步。
在程序开发过程中，需要针对平衡控制、步态控制和传感器数据处理等方面进行编程，并进行相应的调试与优化。
四、技术难点与解决方案1.平衡控制技术2.步态规划与控制技术步态控制是双足竞步机器人实现协调步行的关键。
根据机器人的设计和运行需求，选取合适的步态控制算法，并进行动态规划和控制，可以实现优化的步态控制。
3.动力系统设计与电路优化机器人的动力系统设计要考虑电机选择、电机驱动电路和电源供应等多个方面。
同时，还需要对电子电路进行优化，减小功耗和提高效率，以提高机器人的运行时间和性能。
五、总结双足竞步机器人的设计与制作技术包括机械结构设计、电子系统设计、程序开发与调试等多个环节。
通过充分考虑机器人的平衡控制和步态控制等关键技术，可以设计出性能优良的双足竞步机器人。
但是，在设计与制作过程中还需要不断尝试与改进，以逐步优化机器人的性能。
基于Arduino的机器人控制系统设计研究随着科技的发展和创新，机器人技术逐渐走入我们的视野，逐步渗透到我们的日常生活和工业生产中。
并且，随着人工智能和物联网技术的不断推陈出新，机器人技术将会有更加广泛的应用。
在机器人系统中，控制系统是至关重要的，而基于Arduino的机器人控制系统也无疑是一个非常优秀的方案。
本文将从以下几个方面来探讨基于Arduino的机器人控制系统设计研究。
一、基于Arduino的控制系统介绍Arduino是一种强大的微控制器，可以通过编程和与外部电路的交互实现各种控制和测量功能。
它是一种开放源代码的软硬件平台，拥有广泛的应用和支持。
基于Arduino的机器人控制系统中，Arduino主板被用来控制各种机械和电子组件的操作，例如电机、传感器、执行器等等。
Arduino的拥有强大的程序编程和系统集成能力，与丰富的开源库以及广泛的学习资源，使得基于Arduino的机器人控制系统更加易于设计和开发。
二、机器人控制系统的组成机器人控制系统由多种组件构成，例如电机、传感器、执行器和控制器。
这些元件需要以某种方式交互并进行数据交流。
在机器人控制器的基础上，智能机器人控制系统集成了丰富的人工智能算法和物联网技术，实现了机器人系统更高级的操作和数据分析。
一般来说，机器人控制系统分为以下几个部分：1. 机械系统机械系统是机器人控制系统的重要组成部分，它包含了机器人的框架、电机、执行器等等。
这些元件可以根据控制器的指令来完成各种机器人动作。
机械系统的高精度和稳定性对于机器人的操作至关重要。
2. 传感器系统传感器系统用来感知机器人周围环境和机器人的内部状态。
传感器可以测量温度、光线、声音、距离等多种物理参数。
这些信息可以用来控制机器人行为，也可以交给用户分析。
3. 控制系统控制系统用来控制机器人的动作和状态。
它可以从外部传感器获取数据，并根据算法计算和决策机器人下一步的行动。
它也可以与其他系统交互，例如智能家居系统或者工业物联网系统。
雙足機器人控制技術臺灣科技大學 施慶隆一、簡介雙足機器人或廣義的人形機器人的種類大致上可分為如真人般大小的人形機器人（human-size humanoid robot）以及小型的人形機器人（small-size humanoid robot）兩大類。
如真人般大小的人形機器人通常具有二十多個致動器，身高介於120與180cm之間，體重大約50Kg左右。
其致動器大多數是由直流或交流伺服馬達、編碼器、諧波減速機（100:1）以及皮帶輪（1~5:1）所組成。
著名的範例有Honda ASIMO、日本HRP及HRP-2、早稻田大學WABIAN II、東京大學H6及UT-Theta、德國Jonnie、法國BIP、韓國KHR…等等。
如真人般大小的人形機器人的開發成本十分昂貴，其最終的設計目標與用途不外乎作為人類的忠實僕人，取代人類從事單調、危險、耗體能以及冒險等工作。
相對的，小型的人形機器人的開發成本相對低廉，其目標與用途為娛樂玩具市場與學校教育訓練。
小型的人形機器人的身高通常低於50cm、重量少於3Kg，其致動器大都選用輸出力矩為10~20 kg-cm的伺服機（RC servo）。
目前知名的小型人形機器人產品有SONY SDR-3x及QRIO、ZMP公司 NUVO及PINO…等等。
本文之目的為介紹如人一般大小之二足機器人的控制技術與原理。
二足步行機器人的平衡與步行控制為發展可如人類自由行走之人形機器人的先決條件。
二足步行機器人為多自由度機構複雜非線性而且大多屬於欠缺致動器的控制系統，而且一個步行週期存在多個不同動態模式以及需與環境進行碰撞接觸。
二足步行機器人步行時之動態過程為單腳支撐期（single-support phase）及雙腳支撐期（double-support phase）交替互換之混合式動態系統（hybrid dynamic system）。
單腳支撐期時一腳為支撐腳而另一腳則擺動前進至著地；然後進入雙腳支撐期。
双足机器人制作及其步态运行双足机器人制作及其步态运行一、实验目的1 . 掌握实验室设备使用方法2 . 学会AutoCAD知识并运用以及学习arduino单片机的基本开发3 . 了解双足机器人平衡控制方法。
二、原理说明1．Arduino使用说明Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。
包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。
它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。
主要包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。
你只要在IDE中编写双足步态程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做怎样的步态运行。
2 . 双足步态算法双足机器人平衡控制方法其中的“静态步行”（staticwalking），这种方法是在机器人步行的整个过程中，重心（COG，Center of Gravity）在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域（support region）内，这种平衡控制方法的好处是整个机器人行走的过程中，保证机器人稳定行动，不会摔倒。
但是这个平衡控制方法缺点是行动速度非常缓慢（因为整个过程中重心的投影始终位于支撑区域）。
另一种使用的平衡控制方法是“动态步行”（dynamic walking），在这个控制方法中机器人的步行速度得到了极大的飞跃，显而易见，在得到快速的步行速度同时，机器人很难做到立即停止。
从而使得机器人在状态转换的过程中显现不稳定的状态，为了避免速度带来的影响。
零力矩点（ZMP）被引入到这个控制策略中，在单脚支撑相中，引入ZMP=COG。
引入ZMP的好处在于，如果ZMP严格的存在于机器人的支撑区域中，机器人绝不摔倒。
1.2.Autodesk Computer Aided Design绘制样图上图为双足机器人脚部以及腿部，下图为头部ser cutting machine非金属切割从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。
基于Arduino的双足机器人控制方法
摘要：本论文就如何实现机器人预定的功能展开讨论。
该双足竞步机器人系统
基于软件平台Arduino为软件开发环境；硬件由窄足机器人、stm32f103zet6单片机、arduino开发板、漫反射激光传感器、超声波测距模块、舵机模块等器件构成。
通过Arduino编写主逻辑程序控制32开发板产生PWM波，并通过漫反射激光传
感器和超声波测距模块采集数据，在程序中经过数据处理调整占空比来改变舵机
的运动状态，进而实现控制六个舵机的同时转动，从而达到智能控制机器人的效果。
为了提高双足竞步机器人的动作以及寻迹的准确性和可靠性，我们试验了多
套方案并进行升级，进行了大量的测试与调试，最终确定了现有的系统结构和各
项控制参数。
关键词：双足竞步；漫反射激光传感器；超声波测距；舵机；PWM 正文
随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地
向人类活动的各个领域渗透。
结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的
具有感知、决策、行动和交互能力的机器人和各种智能机器。
机器人技术是一门
综合了传感和检测、控制理论、信息科学与技术、电子工程、机械工程、图像采
集与识别技术以及人工智能等前沿科技的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、单片机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多
前沿领域的技术。
随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥
着人类无法代替的作用。
其中，双足机器人就是当今机器人研究领域最为前沿的
课题之一，双足机器人是一种高度非线性、强耦合的对象，反映了一个国家的智
能化和自动化研究水平，双足机器人研究已成为目前非常活跃的的一个研究领域。
为了推动我国机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全国范围内相继出现了
一系列的机器人竞赛。
进行双足机器人的研究可以使学生把理论与实践紧密地结
合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力，进而达到课堂
知识学以致用的目的。
双足机器人是一种非常典型的仿人机器人，国外早在上世纪60年代末就开
始了双足机器人的研究开发。
随着1968年美国首研发出一台操纵型双足机器人，就此揭开了双足机器人研究的序幕。
同时因为双足机器人在各个领域的应用日趋
广泛，各个国家在该领域相继投入巨资开展研究。
自20世纪90年代开始，双足
机器人的研究已从模仿人类腿部行走发展到全方位拟人阶段。
双足机器人在外形
上具有人类的特征，适合用于人类生活的环境，为人们提供方便，因此具有广阔
的市场前景。
双足机器人与其他多足机器人相比具有体积较小、重量轻、动作灵活、迅速，而且更接近人类步行的特点，因此它们对环境有最好的适应性，对步行环境要求
很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能在平面行走，而且
能够方便地通过一些不规则路段，故它的移动“盲区”很小，具有广阔的工作空间；双足行走也是生物界难度最大的步行工作，双足机器人步行性能是其他步行结构
无法比拟的；除此之外，因双足机器人类人的特点，它可以在人类的生活和工作
环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造，所以双足机
器人在日常生活中更具有广泛的应用前景。
与此同时，通过研究双足机器人可以
促进仿生学及其它领域的相关研究与应用，也可以了解和掌握人类的步行特征，
并为人类服务，如人造假肢等。
特别是在为残疾人提供室内和户外行走工具、极
限环境下代替人工作业等方面更是具有不可替代的作用。
在机器人的研究过程中我们遇到了许多问题并找到了对应的解决方法：
1、机器人的稳定性不好。
机器人在调试期间走路过程中不稳，比较晃，有
时会摔倒。
经过一系列的测试，我们主要对其提出了两点原因分析。
其一是因为
把机器人的重心调得较高，导致重心不稳，平衡性不好，在行走中易晃。
其二是
因为步态设计的不合理。
机器人配有6个舵机，在动作上需要6个舵机同时配合，要做到很协调，还是很有难度的，需要经过许多次细微的调试，一旦某个舵机的
角度、速度发生改变，都会对整个机器人的行走造成影响，因此在我们尝试去提
高机器人速度时，经常性地会不稳定。
但我们在发现原因后，就迅速地仔细调试
每个动作，一点一点地找到最为合适的步态，有效解决了摇晃的问题。
2.机器人指令与实际测试动作不符。
因为调试场地本身的一些原因，以及机
器人脚底与场地之间摩擦力经常受到干扰，可能会使本应该是前进直行的动作变
成偏左或偏右等其它动作。
针对这个问题，我们经过多次调试，找出了一些偏转
规律，在程序中应用一些指令时不再局限于既定的规定，而是进行了一些替换。
比如多次调试发现本应该是前进偏右的动作在实际场地中却总是前进直行，那我
们就把动作指令调换了一些，在本应使用前进直行的地方改成使用前进偏左指令，使其能够更好地满足要求。
3.方案的制定不够仔细。
制定一个合理可行的方案至关重要，方案制订的不
够仔细，会带来大量冗杂的工作。
我们采用的是机器人激光循迹前进，在方案制
定好之后，我们开始购买硬件，但由于对自身的需求刚开始没有明确的和对各项
硬件了解不是很多，机器人本身自带的开发板不满足我们的需要，导致后期必须
更换硬件，我们又抓紧时间画板子，换硬件，可见前期对每个器件模块功能参数
的了解学习是必不可少的。
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