从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题_包志军

双足行走机器人知识点总结一、概述双足行走机器人是一种仿生机器人，模拟人类的行走方式，具有独特的工作原理和技术特点。

双足行走机器人的出现，不仅是人工智能和机器人技术的进步，也是对人类步行机理的深入研究和模拟。

双足行走机器人在军事、医疗、救援、娱乐等领域有着广泛的应用前景，具有较高的研究和开发价值。

本文将对双足行走机器人的相关知识点进行总结，包括其工作原理、技术特点、应用领域、研究进展等方面的内容。

二、工作原理双足行走机器人的工作原理主要包括下面几个方面：1. 仿生学原理双足行走机器人的设计初衷是模拟人类的行走方式，因此其工作原理主要受到仿生学的影响。

通过对人类步行过程和髋关节、膝关节等关节运动原理的研究，获得了双足行走机器人的灵感和设计方向。

2. 动力学原理双足行走机器人的行走是由电动机、液压系统或气动系统提供动力，通过控制步进和踢腿的方式，实现机器人步态的模拟。

通过对机械结构的精确设计和动力学方程的优化计算，提高了双足行走机器人的步行效率和稳定性。

3. 控制原理双足行走机器人的控制系统是其核心技术之一，包括硬件控制和软件控制两方面。

在硬件控制方面，采用传感器检测地面状态和机器人姿态，实现对机器人动作的精确控制；在软件控制方面，采用运动规划和动力学优化算法，实现机器人稳定行走和适应不同地形的能力。

4. 感知与决策双足行走机器人的感知与决策系统是其智能化的重要组成部分，包括视觉、声音、激光雷达等传感器，以及路径规划、障碍避障等决策算法。

通过对环境信息的感知和对行为的决策，实现双足行走机器人在复杂环境中的稳定行走和智能导航。

三、技术特点双足行走机器人具有以下技术特点：1. 多关节结构双足行走机器人与传统的轮式机器人相比，具有更加复杂的多关节结构，可以实现更加灵活的步态和更加复杂的动作。

通过对关节结构和驱动方式的优化设计，提高了机器人的运动性能和动态稳定性。

2. 动力系统双足行走机器人的动力系统包括电动机、液压系统或气动系统，可以实现不同的步态演示和负重运输。

系列接触 力，并通过机械系统动力 学 自动分析 软件得到行走过程 中足底各个点 的受力 曲线并进行受力分析 ，得出合理的双足形状 。
导 出仿人机器 人在行走过程 中单双腿支撑期 的稳 定区域面积和稳定裕量 。建 立 ２种不 同形状 的仿人机器人双足模 型，在足底和地面间创建
一
关健词 ：仿 人机器 人 ；零力矩点 ；机械系统 动力 学 自动分析软件 ；行走稳定性
中 分走模 型研 究
肖 乐 ，张玉 生 ，殷晨被
（． １ 常熟理工学院计 算机科 学与工程学院 ，江苏 常熟 ２ ５ ０ ；２ 南京工业大学机械与动力工程学 院，南京 ２ ０ ０ ） １５ ０ ． １０ ９
摘
要 ：针对仿人机器 人双足行走的稳定性 问题 ，引入零力矩点理论 ，根据稳 定行 走必须 满足地面反作用力位于稳定 区域 内这个条件 ，推
［ ｙｗｏ ｄ ｌｈ ｍａ ｏｄｒｂ ｔ Ｚ ｒ ｍｅ ｔＰ ｉｔ ＭＰ；Ａ ｔｍａｉ Ｄｙ ａ ｃＡｎｌｓ ｆＭｅｈ ｉａ Ｓ ｓ ｍ（ Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ｎ ｉ ｏ ｏ； ｅｏ Ｍｏ ｎ ｏｎ（ Ｚ ） ｕｏ ｔ ｎ ｍｉ ｃ ａ ｉ ｏ ｃａ ｃｌ ｙｔ ＡＤＡ ）ｓｆ ｒｅ ｗａｋｎ ｙｓ ｎ ｅ ＭＳ ｏｔ ； ｌ ｇ ｗａ ｉ
第３ ７卷 第 ｌ 期 ２
Ｖｌ ． ７ ｏ ３ １
・
计
算
机
工
程
２１ ０ １年 ６月
Ｊｎ ｕ ｅ ２０１ １
Ｎ ｏ．２ １
Ｃｏ ｍｐｕ ｅ ｇｉ ｅ ｉ ｇ ｔｒＥｎ ｎｅ ｒｎ
人工智能及识别技术 ・
文 编 １ ｏ ３ ８ ０ ）— １ ＿ ３ 文 标 码 Ａ 章 号： ０ ＿ ４ （ １ ｌ ｏ ，＿ ０ ２ ２ １２ ７ ０ 献 识 ：

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。

1.2 课题研究的背景和意义
机器人一词最早出现于 1920 年捷克作家 Karel Capek 的剧本 《罗萨姆的万能机器人》 中，在该剧中，机器人“Robota”这个词的本意是指苦力，是剧作家笔下的一个具有人的 外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力[1]。随着现代科技的发展，机器人技术 已经广泛应用于人类生活领域，研制具有人类外观特征、可模拟人类行走和其他动作的 仿人机器人一直是人类的梦想之一。 机器人是一门综合性很强的科学，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是
学位论文作者签名：史耀强
日期：2008 年 3 月 6 日
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上海交通大学硕士学位论文
上海交通大学 学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部பைடு நூலகம்或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密□，在＿＿年解密后适用本授权书。 本学文论文属于 不保密√ （请在以上方框内打“√” ）
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上海交通大学硕士学位论文
摘 要
对试验结果进行分析并给出了系统存在的不足和改进意见。
关键词：双足机器人，步态规划，动力学，虚拟样机，联合仿真
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ABSTRACT
Walking Simulation and Experimental Study of Biped Robot
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上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。

双足机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解双足机器人的基本结构和原理，掌握其关键组成部分及功能；2. 使学生掌握双足机器人的运动控制算法，了解不同行走模式的特点；3. 帮助学生了解双足机器人在现实生活中的应用，提高对人工智能技术的认识。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力，能够针对双足机器人进行简单的设计与调试；2. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，学会在小组合作中共同完成任务；3. 培养学生的创新思维，能够提出改进双足机器人性能的设想。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对机器人技术的兴趣，培养其探究精神和学习主动性；2. 培养学生的科学素养，使其认识到科技对社会发展的推动作用，增强社会责任感；3. 培养学生遵守实验操作规范，尊重团队成员，形成良好的道德品质。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在通过理论与实际操作相结合的方式，让学生深入了解双足机器人相关知识。

学生特点：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的阶段，具有一定的物理、数学和信息技术基础，喜欢动手实践。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，培养其创新精神和实际操作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 双足机器人的基本结构：介绍双足机器人的关节、驱动器、传感器等关键组成部分及其功能；教材章节：第一章 双足机器人的结构与原理2. 双足机器人的运动控制算法：讲解双足机器人的运动学、动力学原理，介绍不同行走模式的控制算法；教材章节：第二章 双足机器人的运动控制3. 双足机器人设计与制作：引导学生学习双足机器人的设计与制作方法，包括电路设计、编程调试等；教材章节：第三章 双足机器人的设计与制作4. 双足机器人在现实生活中的应用：介绍双足机器人在医疗、救援、家庭等领域的应用案例；教材章节：第四章 双足机器人的应用与前景5. 双足机器人实践操作：安排学生进行双足机器人的组装、编程和调试，培养实际操作能力；教材章节：第五章 双足机器人实践操作6. 小组讨论与成果展示：组织学生进行小组讨论，分享学习心得，展示实践成果；教材章节：第六章 双足机器人项目实践与评价教学进度安排：课程共计12课时，每课时45分钟。

人Shakey。 1969年日机器人。 1973年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作 ，
诞生了美国辛辛那提米拉克龙（Cincinnati Milacron） 公司的机器人T3。
1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA， 这标志着工业机器人技术已经完全成熟。
机器人定义
机器人的定义 欧美国家学者认为：机器人应该是由计算机控制的通
过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械。 日本学者认为：机器人就是任何高级的自动机械。
机器人定义：具有一定柔性或者某种生物特征的机器， 统称为机器人。
创造机器人的目的
创造机器人的目的 协助或取代人类劳动，解放人类 。
机器人的评价指标
1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造 的家用机器人Elektro ，功能很简单。
1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定 律”。
1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，提出以计算机 为核心的自动化工厂 。
机器人的发展历史
一、第二阶段 机器人技术发展阶段（1954年—1978年） 1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编
程的机器人，并注册了专利。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制
造出第一台工业机器人。 成立了机器人公司--Unimation公司。
1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作 性。
1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出 Beast机器人。
机器人的发展历史
二、第二阶段 机器人技术发展阶段（1954年—1978年） 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器
评价指标 智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、
判断、决策、学习和逻辑推理等； 机能，指变通性、通用性或空间占有性等； 物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用

了与人配合的行动能力，而且增加了利用手推车、搬运物
品的功能。此外，新开发出的对这些功能进行统一控制的
综合控制系统，使 ＡＳＩＭＯ 可以自行从事接待、向导、递送
Байду номын сангаас
等服务，极大地提高了移动能力，实现了时速 ６ｋｍ 的奔跑
和迂回行走。新 ＡＳＩＭＯ 的性能参数如下表。 新 ＡＳＩＭＯ 的性能参数表
奔跑速度
时速 ６ｋｍ（以往时速 ３ ｋｍ）
（３）双足行走是生物界难度最大的步行动作，但其步 行性能却是其它步行结构所无法比拟的。
此外，双足行走机器人能够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。所以双足行走机器人具有广阔的应用领域，特 别是作为残疾人（下肢瘫痪者或截肢者）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。
用的机器人，而并不是针对特殊任务。所以这种设计的最
大挑战是要让机器人在布满家具的房间中来去自如，而
且还要能自由上下楼梯。本田公司于 ２０００ 年 ｌ１ 月 ２０ 日
推出了双脚步行机器人“ＡＳＩＭＯ”。ＡＳＩＭＯ 与 Ｐ３ 相比，实
现了小型轻量化，使其更容易适应人类的生活空间，更接
近人类的步行方式。ＡＳＩＭＯ 高 １２００ｍｍ，体重 ４３ｋｇ，使用
2双足机器人具有广阔的工作空间由于行走系统占地面积小活动范围很大其上配置的机械手具有更大的活动空间也可使机械手臂设计得较为短小紧3双足行走是生物界难度最大的步行动作但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的
专题论坛 Ｆ
ＦＯＲＵＭ ＯＮ Ｓ Ｐ ＥＣＩＡＬ ＴＯＰ ＩＣ
双足行走机器人发展现状及展望
阮晓钢 １， 仇忠臣 ２， 关佳亮 １ （１． 北京工业大学 人工智能与机器人研究所，北京 １０００２２；２． 北京工业大学 机电学院，北京 １０００２２）

ＷＬ一１ ６机器人 系列并没有 采用 常规的两足步行机器人所 采用的 、模仿人体下 肢结构 的串联 式多关节方式 ，而是创 新地
在实现上述要求的基础上 ，载人机 器人不 仅可以替代轮椅
和假肢 ，造福广大的用户 ，而且还 可以作 为一个灵活 的移动平
采用了平行连杆机构 。与传统 的串联式关节结构设计相 比，这
维普资讯
第 ９期
缑 正等： 载人 两足步行 机 器人研 究现 状及 其 关键 技 术
一１ 一 １ １
（ａｔｅ ｒ ｏ） ｐｒ ｒ ｏ ｔ，其 中包括一 台可搭乘 人 的两足机 器人—— ｉ ｎ ｂ —
Ｇ Ｕ Ｚ ｅｇ Ｚ Ｏ Ｑ ｎ—ｆ ， Ｕ Ｎ ｉ， Ｈ Ｎ ｈ ｎ —ｙ ，Ｈ Ｎ ｕ —ｑｎ Ｏ ｈｎ ，ＨＡ ｕ ｅ Ｈ Ａ Ｇ Ｊｅ Ｚ Ｅ Ｇ Ｃ ｅ ｇ ｉＺ Ａ Ｇ Ｈ ｉ ｉｇ ｉ （ ｎｔｕｅｏ ｏ ｏ ｃ ， ｈｎ ｈｉ ｉ ｔｎ ｎｖｒ ｔ，ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ０ Ｃ ｉ ￣ ｓ ｔｔ ｆ ｂｔ ｓＳ ａ ｇ ａ Ｊ ｏｏ ｇＵ ｉ ｓ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ３ ， ｈｎ Ｉ ｉ Ｒ ｉ ａ ｅｉ ａ） （ ｎｔｕｅｏ ａ ｅＰｏｅｓ ｇａ ｄＰ ｔ ｒ Ｒ ｃｇ ｉｏ ，ｈ ｎｈ ｉ ｉｏ ｎ ｎｖｒ ｔ，ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｚ ｓｔｔ ｆ ｍ ｇ ｒｃｓｉ ｎ ａｔ ｎ ｅｏ ｎｔ ｎ Ｓ ａｇ ａ Ｊ ｔ ｇＵ ｉ ｓ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｉ ｉ Ｉ ｎ ｅ ｉ ａ ｏ ｅｉ （ ｃ ｏｌ ｆ ｏ ｐ ｔｒ ｃｅｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ＩＵ， ｉ ３ ｈｏ ｏ ｍ ｕｅ ｉ ｅａ ｄＥ ｇｎ ｅｉ ， ｎｖ ｓ ｙ ｆ Ｚ Ａ ｚ Ｓ Ｃ Ｓ ｎ ｎ ｅ ｉ Ａ ｕ—ｗ ｋ ｍ ｔ ６ ａ ａ ａｓ ９ ５—８ ８ ，ａａ ） ｕ ５ ０ Ｊｐｎ

步态规划的重要性
步态规划是双足步行机器人行走的关键技术之一，合理的 步态规划可以使机器人更加稳定、高效地行走。
研究意义
通过对双足步行机器人步态规划的研究，可以推动机器人 技术的发展，为机器人应用现状
国外研究现状
国外在双足步行机器人的研究方面已经取得了一定的成果，如波士顿动力公司的Atlas机器人、本田公司的 ASIMO机器人等。这些机器人在步态规划方面采用了多种方法，如基于运动学的方法、基于动力学的方法等。
特点
双足步行机器人具有稳定性好、 适应性强、灵活性高等特点，能 够在复杂环境中自主行走或携带 物品。
双足步行机器人发展历程
初期阶段
早期的双足步行机器人主要采用简单 的机械结构和控制算法，行走速度较 慢，稳定性较差。
成熟阶段
现代的双足步行机器人已经具备了较 高的自主行走能力和适应性，能够适 应各种复杂环境。
科研领域
双足步行机器人可以作为 研究人类行走机制和仿生 机器人的重要工具，促进 相关领域的发展。
03
步态规划基本原理
步态定义与分类
步态定义
步态是指机器人行走时，每一步的姿 态、速度和加速度等运动参数。
步态分类
根据机器人行走时支撑腿的数量，可 分为单足步态、双足步态和多足步态 。
步态规划目标与约束条件
结果比较
将实验结果与理论分析结果进 行比较，评估步态生成算法的
性能和优劣。
06
基于混合模型的步态规划方法
混合模型建立与描述
混合模型定义
混合模型是由一系列连续和离散动态 模型构成的模型，用于描述复杂系统 的行为。
双足步行机器人混合模型
针对双足步行机器人的特点，建立由 连续动态模型和离散动态模型组成的 混合模型。

56dz-12型行走机器人设计报告
近年来， 随着社会飞速发展， 机器人的研究及应用得到迅速
发展，因其在教育，医疗，军事，工业等领域的巨大应用，因此得
到许多国内外科学家的关注。机器人在以后社会快速发展的过程中
会起着越来越重要的作用。相信在不久的将来机器人将会取代繁重
的人力劳动，使劳动者的人身安全得到保障。同时机器人的发展也
将为以后的社会发展奠定良好的基础。双足机器人不仅具有广阔的
工作空间，而且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，其步行性能是其它步行结构无法比拟的。研究
双足行走机器人具有重要的意义。
1、主要内容：
1）、控制系统软硬件设计与仿真；
2）、六自由度机器人运动控制。
2、训练形式
学生以小组为单位，集体讨论确定整体方案；指导教师给出实
训方向，技术指标等，协助学生完成训练任务。
二.实习任务
这次机电一体化综合训练Ⅲ包含两部分内容。一是分组选题完
成实习要求；二是开发性设计。本报告书将从整体上分为两部分对
本次实习的要求进行汇报。完成对六自由度机器人的组装、调试以
及实现预定的功能。
三.实习要求
要使六自由度机器人实现人类的一些动作，那么六自由度机器
人必须有它的独特性。事实上，关于运动灵活性，人类大约拥有四
百个左右的自由度。因此，机器人的关节的选择、自由度的确定是
很必要的，步行机器人自由度的配置对其结构有很大影响。自由度
越少，结构越简单，可实现功能越少，控制起来相对简单；自由度
越多，结构越复杂，可实现功能越多，控制过程相对复杂。

仿生双足机器人步态规划的方法主要有基于目标优化的 步态规划、基于模型的步态规划和基于人体步行运动数据的 步态规划。 1.1 基于目标优化的步态规划 1.1.1 基于能量消耗优化的步态规划
如何生成能量消耗最优的步态是仿生双足机器人步态规 划的一个重要研究方向。
基于能量消耗优化的步态规划通常采用一系列多项式来 规划步态运动，并将这些多项式的系数目标函数的函数值进 行数值最小化处理，从而得到基于能量消耗优化的步态。 传 统方法是用系数目标函数反映双足步行机器人的能量消耗高 低 ， 但 是 用 多 项 式 近 似 所 得 到 的 步 态 并 不 柔 顺 ， 而 B- 样 条 更 加柔顺，并能提供固定空间的极小基。
基于ZMP的稳定性优化的步态规划已成功应用到多款著 名的仿生双足机器人上。 但基于ZMP的在线步态规划法对传 感器精度和安装位置的要求较高，成本较高；且计算量大，一 定程度上影响了在线步态规划的实时性[9]。 1.2 基于模型的步态规划 1.2.1 基于倒立摆模型
倒立摆系统具有高阶次、非线性和强耦合等特点，是研究 双足机器人步态规划一种有效的试验系统。 文献[10]利用一 级倒立摆模型对双足机器人进行离线步态规划，并通过Adams 仿真和实物实验获得了类人的步态。
基于稳定性优化的步态规划方法主要有基于ZMP的离线 步态规划和基于ZMP的在线步态规划。
（1）基于 ZMP的 离线 步 态 规划 通 常 会 先 规 划 出 期 望 的 ZMP轨迹，然后确定实现期望ZMP轨迹所需的各关节运动轨 迹。 但是由于外力扰动、双足机器人模型误差等因素的影响， 实 际 ZMP 轨 迹 和 期 望 ZMP 轨 迹 之 间 总 是 存 在 ZMP 的 位 置 误 差，所以这种规划方法缺乏自适应性。
（2）基 于 ZMP 的 在 线 步 态 规 划 通 过 实 时 测 量 实 际 ZMP 轨 迹，并和期望ZMP轨迹对比，在线调整关节转矩和角度，从而 减小ZMP的位置误差。 文献[7]采用力矩传感器得出实际ZMP 轨 迹 ， 通 过 和 期 望 ZMP 轨 迹 对 比 ， 调 整 两 个 踝 关 节 的 四 个 角 度，减小了ZMP的位置误差。 文献[8]通过调节髋关节的角度 去减小ZMP的位置误差。

毕业设计(论文)作者: 1111 学号：05010213系部: 机械工程系专业: 机械工程及自动化题目: 两足行走机器人—行走控制部分设计指导者：路建萍刘艳评阅者：龚光容2009 年 6 月开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。

毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述摘要两足行走机器人是当前机器人研究领域最活跃的研究方向之一，引起了许多科研工作者的注意。

本文介绍了两足行走机器人与其他移动机器人相比的主要优点，对国内外两足行走机器人的研制工作做了综述，并对将来的研究方向和工作重点做出了展望。

关键词机器人智能控制两足行走1 两足行走机器人的一般情况两足机器人是模拟人类用两条腿走路的机器人[1]。

两足步行机器人适于在凸凹不平或有障碍的地面行走作业，比一般移动机器人灵活性强，机动性好。

1972年，日本早稻田大学研制出第一台功能较全的两足步行机器人。

美国、南斯拉夫等学者也研制出各种两足走行机器人模型。

1 引言机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。

对于步行机器人来说，它只需要模仿人在特殊情况下(平地或己知障碍物)完成步行动作，这个条件虽然可以使机器人的骨骼机构大大降低和简化，但也不是说这个系统就不复杂了，其步行动作一样是高度自动化的运动，需要控制机构进行复杂而巧妙地协调各个关节上的动作。

双足机器人的研究工作开始于上世纪60年代末，只有三十多年的历史，然而成绩斐然。

如今已成为机器人领域主要研究方向之一。

最早在1968年，英国的Mosher．R 试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人[1]，揭开了双足机器人研究的序幕。

该机器人只有踝和髋两个关节，操纵者靠力反馈感觉来保持机器人平衡。

1968~1969年间，南斯拉夫的M.Vukobratovic提出了一种重要的研究双足机器人的理论方法，并研制出全世界第一台真正的双足机器人。

双足机器人的研制成功，促进了康复机器人的研制。

随后，牛津大学的Witt等人也制造了一个双足步行机器人，当时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计使用的辅助行走装置。

这款机器人在平地上走得很好，步速达0.23米/秒。

日本加藤一郎教授于1986年研制出WL－12型双足机器人。

该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动,在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1.3秒，步幅30厘米的平地动态步行。

法国Poitiers大学力学实验室和国立信息与自动化研究所INRIA机构共同开发了一种具有15个自由度的双足步行机器人BIP2000，其目的是建立一整套具有适应未知条件行走的双足机器人系统。

它们采用分层递解控制结构，使双足机器人实现站立、行走、爬坡和上下楼梯等。

此外，英国、苏联、南斯拉夫、加拿大、意大利、德国、韩国等国家，许多学者在行走机器人方面也做出了许多工作。

国内双足机器人的研制工作起步较晚。

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。

大学竞赛和研究版“双足机器人实验室”方案 类人双足机器人竞赛和研究方案 北京博创兴盛机器人技术有限公司 http://robot.up-tech.com

1 综述

近年来，类人机器人的研究取得了长足发展。从论文发表和成果报道来看，类人机器人已成为机器人领域目前最引人注目的技术热点。从2000年起，IEEE每年召开类人机器人专题的学术会议（Int. conf. on Humanoid Robots），学术期刊Int. J. of Humanoid Robotics也于2004年创刊，类人机器人的研究论文也频见于机器人相关领域其它学术刊物，这些都表明类人机器人作为机器人学的一个重要分支，已经受到学界的充分重视。

目前世界各国都在发展类人机器人。日本的类人机器人研究在企业界的大力支持下发展较快，无论从项目数量或是研究成果上看，都占据着明显的领先地位，此外，美、英、德、韩、俄等国也都在开展相关研究，我国也有几个类人机器人项目，但与日美等国相比，在很多方面都存在较大差距。近年来，清华大学孙增圻教授领导的研究小组在类人机器人研究领域进行了卓有成效的研究和探索，在动力学仿真、步态生成综合、智能控制、机器视觉等领域取得了一系列成果，本文档所介绍的这款类人机人，就是部分研究成果的一个结晶。

本文介绍的这款类人机器人身高39CM、具有25个关节，关节驱动采用大扭矩舵机，可以实现较复杂的动作，装配了二维加速度计、红外障碍探测仪、脚底接触传感器等传感；配备了双目视觉系统，可用于目标识别；采用了两层结构的计算平台，底层舵机控制器完成舵机信号输出和传感器信号采集任务，上层计算平台基于Intel Xscale 270 处器，具有强大的数据处理能力，可以胜任视觉、语音识别、机器人任务策略执行等杂计算，整个计算平台部分功能分配合理，且具有良好的扩展性；在通信方面，我提供了Ethernet网和IEEE802.11b/g方式两类网络连接方式，方便用户进行二次开发。系统外部存储设备则选用标准SD卡，用户可以在PC以及各类数码设备之间交换数据。软件方面，我们提供了基于Linux的开发平台，所有机器人设备都作为Linux 下的标设备来处理，用户只要熟悉Linux下的编程即可编写自己的控制程序。我们也提供了一套基于OpenCV的机器人视觉算法库，以及一个机器人视觉的例程供用户参考。针对器人足球比赛，我们也提供了一个基于状态机的比赛策略编程范例，实践证明是一很好的策略编程模式。有关这款机器人的一些技术细节，我们单独提供了一份材料作为附件。 大学竞赛和研究版“双足机器人实验室”方案 目前，国内许多高校为了更好地开展类人机器人技术的研究，积极参加国际上流行的RoboCup机器人类竞赛活动（具体情况请参见中国RoboCup分会的官方网站：http://www.rccaaa.org），通过竞赛活动参与到国际上的类人机器人研究大潮中来，同时也可以以好的比赛成绩来提高学校的知名度。目前国内类人组的机器人比赛还刚刚开始，2006年的苏州比赛只有十几个队参加比赛，与小型组、四腿组等项目相比，参赛队的数量还是很少的，在国际上也有类似的情况存在，但类人组的发展势头很猛，对于希望在机器人比赛中快速提高成绩的学校而言，类人组机器人由于大家的起点相当，积累都比较少，反而可以迎头赶上。