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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。
项目策划书六度自由双足机器人策划人：刘兵策划时间：2104年12月2日一、项目的简要介绍双足机器人的机构是所有部件的载体,也是设计双足机器人最基本的和首要的工作。
本文根据项目规划和控制任务要求，按照从总体到部分、由主到次的原则，设计了一种适合仿人双足机器人控制的机构.文章首先从机构的设计目标出发，制定了总体设计方案,再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。
最终的机构在外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求二、项目的内容1、立项依据：机器人性能的优良和许多因素有关，其中重要因素之一是其控制系统，控制系统在很大的程度上影响着机器人的发展.类人机器人的关节众多,控制电路也比较复杂，要想真正拥有和人类的一样的功能，对其控制系统的研究就要更加的深入，因此设计控制器的最优结构，最理想的控制方案是类人机器人控制系统需要解决的关键问题.随着大规模集成电路的发展，很多的控制器就可以实现一些复杂的控制算法，这也推动了类人型机器人控制系统的发展，使其有了长足的进步。
2、项目意义：双足机器人的研究具有十分重大的科研、使用价值意义，可以推动仿生学、人工智能、计算机仿真学、通讯等相关领域的发展。
同时，双足机器人的发展也会为人类假肢的研究提供了有力理论和技术支持，为服务，娱乐机器人的发展开辟了新的领域.双足机器人是一种没有上身的双足机器人，是对双足机器人研究的理想平台，同时也是全国机器人大赛的指定项目。
我们可以通过这样一个平台对对双足机器人的机构、控制、及步态进行研究。
3、项目的内容及目标：研究控制系统软硬件设计与仿真。
让双足机器人实现向前走和向后退的功能4、项目可行性分析：（1)根据我们目前对ARM处理器的学习和应用,并对舵机控制的理解,开发出一款双足机器人的实力还是有的，基于的好的条件与足够经费的支持，让双足机器人更易开发研制出来.（2）主要的技术难题，就是利用PWM对舵机进行连贯性的控制，不过，可以利用相关设备和好的算法进行相关程序的优化。
设计说明书题目：双脚行走机器人设计者：权雄章马世雄肖佑业冯宇鹏陈世栋指导教师：尚军2011 年 11 月 28 日目录一、作品简介 (3)1．1 国内外发展概况 (3)1.1.1 概述 (3)1.1.2 双足机器人近期发展特点 (3)1.1.3 中国发展的一些趋势 (3)1．2 作品外形 (4)二、工作原理 (5)2．1 51单片机程序 (5)2．2 接线方式 (6)2．3 运行原理 (6)三、结构设计 (6)3．1 装配图 (6)3．2 主体板图 (6)3．3 腿部图 (6)3．4 齿轮等标准件 (6)四、装配图及附表 (7)作品简介1.1国内外发展概况1.1.1概述仿人机器人在过去的10多年特别是近5年中发展迅猛，自从有关综述文章发表以来，情况有了很大改变。
行走机构是仿人机器人的关键技术，对于仿人机器人的研究是从对行走机构的研究开始的，日本旱稻田大学在1973年研制成功了最早具有记载的双足步行人形机构WABOT-1。
本文重点论述世界范围内仿人机器人的近期发展，对行走机构的发展做重点介绍。
1.1.2双足仿人机器人近期发展特点现如今，世界各个国家都进行仿人机器人的研究，据韩国的一个经常更新的仿人机器人网站统计，2005年3月5日，世界上共有76各仿人机器人项目正在进行中，其中日本36个，美国10个，韩国7个，英国4个，中国3个，瑞典2个，澳大利亚、泰国、新加坡、保加利亚、伊朗、意大利、奥地利、俄罗斯等国各有1个，从统计数字可以看出当时日本在此领域的领先地位及其他各国的竞争实力。
2005年2月18日出版的《科学》杂志上介绍了一种全新的行走机构，康奈尔大学、麻省理工学院和荷兰Delft理工大学的研究人员分别展示了基于这种行走机构的样机。
1.1.3中国发展的一些趋势1、培育国家级的团队韩国的经验值得借鉴．韩国科技界决心要开发本国的Asimo．以KAIST和 sT 为首的两个集，本的多年奋斗已经取得成果，迅速缩小了与日本的差距。
综合设计两足步行机器人
1. 介绍
在现代机器人领域中，两足步行机器人是一类具有挑战性的研究课题。
本文将综合探讨设计两足步行机器人的相关技术和方法，从硬件设计到软件控制都将进行深入讨论。
2. 硬件设计
2.1 机身设计
两足步行机器人的机身设计是至关重要的一环。
在设计过程中需要考虑机身的稳定性、轻量化和结构强度。
2.2 步行机构设计
步行机器人的步行机构设计是影响其运动性能的重要因素。
合理设计步行机构有助于提高机器人的稳定性和效率。
3. 传感系统
传感系统在两足步行机器人中扮演着重要的角色，它可以实时感知周围环境和机器人自身状态，为机器人提供必要的信息。
4. 控制系统
控制系统是两足步行机器人的核心之一，其设计直接决定了机器人的运动性能和智能程度。
采用先进的控制算法和策略能够提高机器人的运动效率和稳定性。
5. 融合智能算法
结合机器学习和人工智能算法，可以使两足步行机器人具备更高的智能性和自适应性。
通过不断优化算法，可以提升机器人在复杂环境下的运动能力。
6. 应用前景
两足步行机器人具有广泛的应用前景，包括服务机器人、医疗辅助机器人和教育机器人等领域。
随着技术的不断进步，两足步行机器人将在更多领域展现其价值。
结论
综合设计两足步行机器人需要多方面的技术和方法的综合运用，从硬件设计到软件控制都需要精准的把握。
未来，随着技术的不断发展和完善，两足步行机器人将成为机器人领域的重要研究方向。
中国矿业大学徐海学院双足竞步机器人设计与制作技术报告队名：擎天柱班级：电气13-5班成员：郭满意游世豪侯敏锐唐丽丽侯伟俊王胜刘利强杨光题目：双足竞步机器人任课教师：***2015 年12月双足竞步机器人设计与制作任务书班级电气13-5班学号22130263 学生姓名郭满意任务下达日期：2015年10月16 日设计日期：2015 年11 月1 日至2014年12月31日设计题目：双足竞步（窄足）机器人的设计与制作设计主要内容和完成功能：1、双足竞步机器人机械图设计；2、双足竞步机器人结构件加工；3、双足竞步机器人组装；4、双足竞步机器人电气图设计；5、双足竞步机器人控制板安装；6、整机调试7、完成6米的马拉松比赛。
教师签字：摘要合仿人双足机器人控制的机构。
文章首先从机器人整体系统出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。
经过硬件设计、组装；软件设计、编写；整体调试，最终实现外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。
本文介绍一个六个自由度的小型双足机器人的设计、调试与实现。
包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8 芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写 VC 上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。
实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正。
关键词：双足机器人、机械结构目录1 系统概述 (1)2 硬件设计 (2)2.1机械结构 (2)3.2 PC 上位机调试软件设计 (4)4 系统调试 (5)5 结束语 (6)6 参考文献 (7)7 附录 (8)7.1源程序 (8)7.2相关图片 (9)1 系统概述针对项目根据实际拟订目标，结合我们所学知识，从仿人外形和仿人运动功能实现，首先确定了双足双足机器人自由度。
双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足双足机器人最基本的和首要的工作。
两足行走机器人行走部分的设计两足行走机器人是一种仿人行走的机器人，它具有两只类似于人的腿部结构，可以模拟人类的行走动作。
设计一个有效的两足行走机器人行走部分需考虑以下几个方面：机器人的腿部结构、稳定性控制、行走模式选择和步态规划。
首先，机器人的腿部结构是两足行走机器人的核心组成部分。
腿部结构的设计决定了机器人行走的稳定性和自由度。
一个常见的设计是采用类似于人体的骨骼结构，包括大腿、小腿和脚。
每个腿部都通过关节连接，类似于人体的膝关节和踝关节。
关节可以采用电机控制，通过旋转关节来调整机器人的姿态和步态。
其次，稳定性控制是保证机器人行走稳定的重要因素。
机器人行走时会产生惯性力和外界力矩，稳定性控制可以通过传感器和控制算法来维持机器人的平衡。
传感器可以用来检测机器人的姿态，如倾斜角度和加速度。
控制算法则可以根据传感器的反馈信息，计算合适的关节角度和力矩，以保持机器人的平衡。
再次，行走模式选择是两足行走机器人的重要设计要素。
机器人可以选择不同的行走模式，如直线行走、踱步、跑步等。
每种行走模式都有各自的步态和关节运动方式。
选择合适的行走模式可以提高机器人的行走效率和稳定性。
行走模式的选择可以通过控制算法和输入信号来实现，比如输入一定的速度和方向信号，控制算法会选择合适的行走模式。
最后，步态规划是决定机器人腿部运动轨迹和关节运动方式的关键因素。
步态规划可以分为离散式和连续式两种方式。
离散式步态规划将机器人的行走过程分成多个步骤，在每个步骤中计算合适的关节角度和力矩，控制机器人行走。
连续式步态规划则通过数学模型和优化算法来计算机器人的关节角度和力矩，使机器人的行走过程更加连续和流畅。
综上所述，设计一个有效的两足行走机器人行走部分需要考虑机器人的腿部结构、稳定性控制、行走模式选择和步态规划等方面。
这些设计决策将直接影响机器人的行走效率和稳定性。
通过合理的设计和控制算法，可以使机器人实现类似于人类的行走动作，达到更高的行走性能和功能。
两足步行机器人设计说明书姓名：学号：班级：指导老师：2012年6月目录第1章问题的提出 (1)1.1设计背景 (1)1.2课题的研究意义与应用前景 (1)1.3主要设计思想 (2)第2章设计要求与设计数据 (2)2.1高度的设置 (2)2.2自由度的设置 (4)2.3各关节活动范围的确定 (6)2.3.1髋关节的运动 (6)2.3.2膝关节的运动 (6)2.3.3踝关节的运动 (6)2.4关节驱动方式的选择 (7)第3章机构选型设计 (7)3.1两足步行机器人机构设计 (7)3.1.1腿部机构设计简图： (7)3.1.2手臂机构设计 (13)3.2设计方案的评价与选择 (13)3.2.1 腿部方案的评价与选择 (13)3.2.2手臂方案的评价与选择 (15)第4章机构尺度综合 (15)4.1凸轮的尺寸设计 (15)4.1.1臀部凸轮设计 (15)4.1.2膝关节凸轮设计 (20)4.2平面连杆机构的尺寸设计 (24)4.2.1手臂平面连杆机构运动规律分析 (24)4.2.2手臂平面连杆机构尺寸设计与计算 (25)第5章机构运动及动力分析 (27)5.1动态静力分析................................................................................................................ 错误!未定义书签。
5.2运动仿真分析集成 (28)5.2.1脚尖分析 (29)5.2.2手臂分析 (34)第6章结论 (36)6.1两足步行机器人机构特点 (36)6.2设计的主要特点 (37)6.3设计结果 (37)第7章收获与体会 (38)第8章致谢 (39)参考文献 (39)附录1 (40)附录二 (61)附录三 (63)第1章问题的提出1.1设计背景类人机器人一直是机器人领域的研究热点，是目前科技发展最活跃的领域之一。
当前机器人的移动方式主要是四种，分别是：轮式、履带式、步行、爬行。
世界著名机器人学专家、日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”。
这是因为，步行有其它移动方式所无法比拟的优越性。
其优点主要表现在如下两个方面：首先，两足步行机器人具有较强的越障能力，相比轮式和履带式更能通过不平整、不规则的路面，减少了移动盲区，扩大了运动范围。
其次，两足步行机器人的能耗小，与其他足式机器人相比具有体积小、重量轻、动作灵活等特点，同时能够取代人类从而将人类从工作环境对人体有害或者高强度、长时间、高重复性的劳动中解脱出来，因而具有广阔的应用前景和重要的研究意义。
双足行走是类人机器人最基本也是最难实现的功能，因此以实现双足步行为目标的两足步行机器人研究是智能型类人机器人研究的基础，而实现机器人的稳步行走更是两足步行机器人研究中的首要任务。
同时双足机器人的研究对机器人的机械结构及驱动装置提出了许多特殊要求，将导致传统机械的重大变革，是工程上少有的多自由度系统。
那么设计这样一个纯机构的两足步行机器人将在很大程度上满足现代人类发展需求，一方面可实现基础机械式多自由度稳步步行，另一方面降低能耗、减小体积、延长使用寿命，具有广泛而重要的意义。
1.2课题的研究意义与应用前景目前国内外对双足步行机器人的研究已经到了较成熟的领域，应用前景也更加广阔，应用领域主要有：1．为残疾人（下肢瘫痪者或截肢者）提供室内和户外行走工具。
利用人工假腿、腿椅或步行座椅尽可能使残疾人恢复正常行走功能，减少对他人的依赖。
2．极限环境下代替人工作业，核电站内的监视和维护作业，遥控救灾、灭火，爆炸物的处置（如探雷、排雷等）等。
3．在教育、艺术和大众服务行业等领域都有着潜在而广阔的应用前景。
娱乐机器人，可作为人类同伴的机器人是发展的新方向，这将使双足机器人逐渐走向普通居民中。
为了更好的了解人类的行走机理，也为了日后为下肢瘫患者提供理想的假肢，以及为方便人类出行的自动两足步行椅提供理论基础，本论文致力于研究双足步行机器人的行走规律、传动机理并用机械结构加简单的控制来模拟人类的行走，并通过研究和模拟步行更好地分析和探讨步行机器人。
两足步行机器人的机械本体机构与步态规划是实现机器人稳定行走的基础，因此，以实现具有基本行走功能的两足步行机器人的研究对于研制节能型、智能型类人机器人具有重要的理论价值。
1.3主要设计思想双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点，其自由度的设置、各关节的活动范围直接影响机器人外在美观、行走方式、活动范围、建模方式、步态规划以及控制方案等。
机构设计：设计出模拟人体步行的机构,步行的复杂程度直接控制了机构的难易程度,用纯机械的机构来实现较难的人体行走过程,必然会有很大的误差,但我们一致追求机构的尽量精确和逼真,研究自己行走时的各个过程,下图是我们得出的人行走时的几个主要过程:图1-1 人体步行主要过程如上图所示,步行主要有七个过程,由左右腿相互交替迈腿,收腿,达到向前走的目的。
第2章设计要求与设计数据一个两足步行机器人除了满足可向前行走的基本要求，还必须具有一定的稳定性、方便性、安全性。
针对这些性能要求，进行了机器人高度、自由度、各关节活动范围、关节驱动方式的选择的讨论和设计分析。
2.1高度的设置两足步行机器人的高度选择（包括各部分高度）对于步行稳定十分重要。
高度过高，重心也随之过高，稳定性减小；而如果高度过低，人坐在上面脚会拖在地上。
为了达到可推广水平，按照中华人民共和国国家标准GB/T53975—1983进行设计，其中人体基本测量项目达57个，就其类别而言可分为：高度：即在人体的上、下方向测量的高度；长度：直线长度指两测点之间的直线距离，曲线长度指沿人体表面过测点的曲线围长；宽度：测量头部、面部和躯干部时，宽度指在左、右方向上对称的两个测点之间的直线距离；测量上肢时，宽度指绕骨侧的两个测量点之间的距离；测量下肢时，宽度指胫骨侧和腓骨侧的两个测量点之间的直线距离；厚度：指人体前、后方向上，两个测量点之间的直线距离；围经：指通过或经过人体某一部位上的测量点围长。
目前，国内在人机工程方面所采取的人体尺寸数据均来自“中国成年人人体尺寸”（GB10000——88），是由国家技术监督局发行，反映了我国不同地区的人体尺寸差异。
由于数据本身没有提供足够的三维信息，这就决定了在某种意义上，我们根据其建立的三维人体模型只能是一种简化的模型。
我们引用并参考与机器人设计密切关系的人体数据。
(一) 人体主要尺寸人体主要尺寸包括：身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项。
表2-1列出了我国成年人的人体主要尺寸。
表2-1 我国成年人人体主要尺寸(二) 人体水平尺寸人体水平尺寸包括：胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽和坐姿臀宽。
表2-2 我国成年人的人体水平尺寸这是以某种人体尺寸极限作为设计参数的设计原则：设计的最大尺寸参考选择人体尺寸的低百分位，设计的最小尺寸参考选择人体尺寸的高百分位；受人体伸及度限制的尺寸应该根据低百分位确定，受人体屈曲限制的尺寸应该根据高百分位确定。
由以上参考资料确定其机器人的尺寸：正常的成年人身高大概在170cm到190cm之间，其下肢高度大概100cm到120cm间，踝关节到地面、膝关节到踝关节、髋关节到膝关节的距离分别大约是5cm、40~50cm、50~60cm。
两足步行机器人的高度选择（包括各部分高度）对于步行稳定十分重要。
高度过高，重心也随之过高，稳定性减小；而如果高度过低，如果设计的是步行椅，人坐在上面脚会拖在地上。
参考上述人体身高数据，以及现有两足步行机器人，确定两足步行机器人的总高度（距地面）为180cm左右，其中大腿和小腿分别为50和40cm，踝关节高度为15cm。
2.2自由度的设置两足步行机器人应尽可能模仿人类双腿可以完成的动作，而这其中的一个重点就是如何设置机器人的自由度。
人的下肢是一个复杂的运动系统，依靠下肢二百多对肌肉、三十多块骨骼，能够完成十分复杂的协调动作。
人所能实现的动作是包括灵长类动物在内的两足类行走动物中最完美的。
在长期进化过程中，人体的关节已经至臻完美，结构简单而又相当灵活。
美国Clemson 大学郑元芳博士曾经撰文分析两足步行机器人腿部的自由度配置问题，他认为两足步行机器人能完成步行所需的自由度每条腿最少为4 个，而如果要达到类似人类步行的程度则每条腿需要8 个，即髋关节3 个、膝关节1 个、踝关节3 个、脚部1 个（类似脚趾）。
但是，目前绝大多数以有的两足步行机器人都采用的是6 自由度的设计，如哈尔滨工业大学的HIT-III、国防科技大学的“先行者”、本田公司的ASIMO 和HRP 以及前文所述丰田公司的i-foot。
绝大多数步行机器人采用12自由度设计。
这类机器人髋关节具有3 个自由度，膝关节具有1 个自由度，踝关节具有2 个自由度，可以实现前向运动和侧向运动。
而且由于髋关节具有旋转自由度，所以这类机器人可以转弯。
这类机器人可以在水平地面和倾斜地面行走，可以实现上下楼梯以及转弯、后退等动作。
这类机器人和人类的两腿已经十分类似。
如图2-2所示：图2-1 具有12个自由度的两足步行机器人鉴于纯机构确定12个自由度的两足步行机器人有难度，我们初步决定采用6自由度的步行机器人。
另外，加上手臂的甩动动作，赋予肩部一个pitch方向的运动自由度，因此总共是8自由度的步行机器人。
2.3各关节活动范围的确定两足步行机器人的目的是模仿人类步行运动，因此两足步行机器人各关节的运动范围应该和人类基本相同。
在设计两足步行之前，应先确定人体下肢各关节的活动范围。
2.3.1髋关节的运动人体的髋关节是由髋骨的髋臼和股骨的股骨头构成，类似于球关节，共有三个转动轴，三个转动自由度。
本设计仅限于平地步行，故初步设定为一个转动自由度，即大腿的抬升和下降。
2.3.2膝关节的运动人体的膝关节是由股骨的内外侧髋的关节面和胫骨的内外侧踝的上关节面既髋骨的后关节面构成的。
膝关节仅有一个转动轴，具有一个转动自度，即大腿和小腿的连接部分膝盖控制的屈伸动作。
2.3.3踝关节的运动人体的踝关节其实是足关节的一个组成部分，近似一个球关节，具有三个转动轴，三个转动自由度。
同理，我们仅仅只考虑平地步行的状态，设定踝关节只有一个转动自由度，即适应地面时的转动动作。
两足步行机器人各关节活动范围和人体不完全相同。
这主要是由于以电机作为驱动的机器人关节的灵活性要比人类的关节差很多，因此两足步行机器人的关节活动范围要比人体略大。
参考已有的一些两足步行机器人关节运动范围，确定两足步行机器人各关节的运动范围如表2-3、2-4 所示。
表2-3 人体各关节运动范围表2-4 两足步行机器人各关节运动范围2.4关节驱动方式的选择目前机器人关节的驱动方式主要有气动、液动和伺服电机。
