基于Solidworks的双足步行机器人质心运动分析
双足机器人技术设计
双足技术设计1.引言本文档旨在介绍双足技术设计的细节和要点。
双足是一种仿真人类双腿行走的，具备稳定性、灵活性和智能性。
该文档将涵盖双足的硬件设计、动力系统、步态规划、感知与导航等关键方面的设计内容。
2.双足的硬件设计2.1 机械结构设计2.1.1 身体结构设计2.1.2 关节设计2.1.3 材料选择2.2 传感器选择与布置2.2.1 视觉传感器2.2.2 陀螺仪与加速度计2.2.3 压力传感器2.3 控制器设计2.3.1 控制器类型选择2.3.2 控制器布局与组织3.双足的动力系统3.1 动力源设计3.1.1 电源类型选择3.1.2 电源功率计算3.2 动力传输设计3.2.1 电机类型选择3.2.2 齿轮传动设计3.3 动力控制设计3.3.1 速度控制算法3.3.2 力矩控制算法4.双足的步态规划4.1 步态分析4.1.1 单支撑相与双支撑相4.1.2 步长与步频计算4.2 步态规划算法4.2.1 基于倒立摆模型的步态规划4.2.2 模仿学习算法的步态规划5.双足的感知与导航5.1 视觉感知5.1.1 目标检测与跟踪5.1.2 场景理解与地图5.2 位置定位与姿态估计5.2.1 GPS定位5.2.2 惯性测量单元（IMU）定位5.3 路径规划与控制5.3.1 基于地图的路径规划5.3.2 避障算法设计6.附件本文档涉及的附件包括技术图纸、控制算法代码、测试数据等。
附件的详细内容可在实际项目中进行补充。
7.法律名词及注释- 专利权：对新发明的技术、产品或方法享有的独有权利。
- 商标：用于标识和区分商品或服务来源的符号、标记或名称。
- 著作权：对文学、艺术、科学作品的独立创作享有的法律权益。
基于变质心高度策略的双足机器人变步长步态规划
第51卷第4期2020年4月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.4Apr.2020基于变质心高度策略的双足机器人变步长步态规划周江琛，肖晓晖(武汉大学动力与机械学院，湖北武汉，430072)摘要：针对双足机器人变步长步行需求，提出一种基于变质心高度策略的变步长步态生成方法。
首先，通过理论计算结合样机实验，得出相同步行周期下不同步长对应的机器人能耗最低的质心高度，作为变高度过程中质心高度的参考值；其次，基于模型预测控制(MPC)建立质心状态方程，构建综合质心位轨迹、速度优化和落脚点控制的优化目标函数，考虑零力矩点(ZMP)稳定裕度约束，建立二次约束二次规划模型(QCQP)，生成最优质心轨迹；最后，以NAO 机器人为实验平台进行变步长步行对比实验。
研究结果表明：采用模型预测控制方法，机器人步行过程中ZMP 始终保持在稳定范围内，实现了稳定步行；基于变质心高度的步态生成策略，根据步长变化调整机器人质心高度，能适应0.04~0.10m 变步长步行，相比于定高度线性倒立摆模型具有更强的步长调节能力；针对所设计的变步长序列，基于变质心高度的变步长方法相比于传统恒定质心高度方法平均能耗降低约16%。
关键词：变质心高度；变步长；模型预测控制；能量效率；双足步行中图分类号：TP242文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）04-0944-09Walking gaits planning with variable footstep length of bipedrobot based on variable center-of-mass heightZHOU Jiangchen,XIAO Xiaohui(School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China)Abstract:To deal with the biped walking with variable step-length of humanoid robot,a gaits generation method was proposed based on variable center-of-mass(COM)height strategy to achieve variable step-length walking.Firstly,the energy efficient COM height corresponding to the step-length was carried out through the theoretical calculation combined with experiments and then the COM height was adopted as the reference value.Then,the COM state model was established based on model predictive control(MPC),and the cost function was proposed,where the COM trajectory generation,velocity optimization and footstep locations adjustment were incorporated.Considering the zero moment point(ZMP)stability constraints,a quadratically constrained quadratic program (QCQP)was modeled to generate optimal COM reference trajectory.Finally,the variable step-length walking experiment was carried out on the NAO robot.The results show that the ZMP strictly keeps in the constrained area so that the robot can achieve stable biped walking based on MPC.The strategy based on variable COM height canDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.04.009收稿日期：2019−06−17；修回日期：2019−08−23基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51675385)(Project(51675385)supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：肖晓晖，博士，教授，从事移动机器人学与微操作机器人研究；E-mail ：**************.cn第4期周江琛，等：基于变质心高度策略的双足机器人变步长步态规划adjust COM height according to step-length and can adapt to the range of0.04—0.10m,resulting in stronger step-length adjustment ability.The energy of the variable step-length warking gaits based on proposed strategy reduces by16%compared to traditional method based on3D LIPM at constant height.Key words:variable center-of-mass height;variable step-length;model predictive control;energy efficiency;bipedal walking双足步行机器人能适应复杂环境，具有高度的灵活性和运动能力，在野外探测、家庭服务等诸多领域有着广阔的应用前景[1]。
双足机器人走路原理
双足机器人走路原理
双足机器人是一种仿生机器人，可以模拟人类的行走方式。
它的行走原理基于人类行走的基本原理，即重心移动和步伐控制。
在双足机器人行走时，它需要保持平衡，这意味着它必须在每个时刻都能够控制自己的重心。
重心是指物体整体重力作用的中心点，双足机器人的重心位置直接影响着它的稳定性。
因此，双足机器人在行走时需要不断地调整重心位置。
步伐控制是双足机器人行走的另一个关键因素。
步伐是指双足机器人在行走中的步长和步频。
在行走过程中，双足机器人需要根据不同的速度和路线来调整步伐。
步伐控制通常由一个控制器来实现。
在双足机器人的行走中，还有一些其他因素也需要考虑，例如地形和外部环境。
为了让双足机器人能够适应不同的地形和环境，需要对其行走算法进行优化和调整。
总的来说，双足机器人的行走原理是基于人类行走的基本原理，并且需要考虑重心控制、步伐控制、地形和环境等因素。
这些因素共同作用，使得双足机器人能够实现高效的行走。
- 1 -。
双足机器人步行原理
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。
基于重心的双足步行机器人步态规划及稳定性控制设计与研究的开题报告
基于重心的双足步行机器人步态规划及稳定性控制设计与研究的开题报告一、研究背景和意义随着科技的不断发展，双足步行机器人逐渐成为研究热点。
双足步行机器人具有人类化、灵活多变、适应性强等特点，可广泛应用于工业制造、医疗护理、救援救灾等领域。
然而，双足步行机器人的步态规划和稳定控制是其研究的关键问题之一。
本研究以重心为基础，探究双足步行机器人的步态规划和稳定性控制，旨在解决现有双足步行机器人在移动时的晃动、倾翻等问题，提高其行走稳定性和适应性，为双足步行机器人的应用提供更好的技术支持和思路。
二、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1.双足步行机器人的步态规划：结合机器人的动力学特征，设计适合双足步行机器人的步态，以达到平稳、高效的行走，并实现移动的各种功能。
2.双足步行机器人的稳定性控制：基于机器人的重心运动控制，对机器人进行动态稳定分析，设计较优的控制算法，实现机器人行走过程中的稳定控制。
3.实验验证：通过对已有的双足步行机器人进行实验验证，检验所设计的步态规划和稳定性控制方法的有效性和实用性。
研究方法主要包括理论研究、仿真分析和实验验证。
通过建立数学模型、仿真计算和实际试验，探究双足步行机器人的步态规划和稳定性控制。
三、研究预期成果1.设计一种适应各种场景的双足步行机器人步态规划方法。
2.设计一种基于重心运动的稳定性控制算法，提高双足步行机器人的行走平稳性。
3.实验验证所提出的步态规划和稳定性控制方法的有效性，为双足步行机器人的实际应用提供技术参考和支持。
四、研究难点和工作计划1.研究难点鉴于双足步行机器人的复杂性，本研究的主要难点在于：（1）步态规划方法的设计要考虑到多种外部因素，如不同地形、有障碍物、所载重物等。
（2）稳定性控制算法的设计要提高机器人的整体稳定性，但不能牺牲机器人行走的灵活度和效率。
2.工作计划根据上述研究内容和难点，具体的工作计划如下：（1）文献调研和理论分析：对双足步行机器人的相关研究进行归纳总结，对步态规划、稳定性控制等关键问题进行理论分析和建模研究。
双足步行机器人行走控制研究
06
结论与展望
研究成果总结
已实现稳定的步态控制
通过先进的控制算法，双足步行机器人已经能够实现稳定的步态 行走，并在不同地形和环境下展示出良好的适应性。
高度自主导航
机器人已经具备对环境的感知和自主决策能力，可以在未知环境 中自我导航和避障。
强大的负载能力
一些双足机器人已经具备强大的负载能力，可以携带重物进行长 距离行走，这在军事、救援和公共服务等领域具有广泛的应用前 景。
应用前景与展望
军事与救援
双足步行机器人在军事和救援领域具有广泛的应用前景，例如在 复杂地形中执行侦察、搜救和运输任务。
公共服务
双足步行机器人可以用于公共服务领域，如公园、景区和机场等 地的巡逻、安保和导览工作。
家庭与个人助理
随着技术的发展，双足步行机器人将来可能会进入家庭和个人助理 领域，为人们提供各种服务和支持。
双足步行机器人的运动学与动力学
运动学
双足步行机器人的运动学主要研究步行过程中的空间位置、速度、加速度等运动学特性。
动力学
双足步行机器人的动力学主要研究步行过程中的力量、速度、加速度等动力学特性，以及机器人与环 境之间的相互作用。
03
行走控制系统设计
控制系统框架设计
基于动力学模型的控制系统设计
01
动态行走实验
动态行走实验主要测试机器人在运动状态下的稳定性和平衡性 。
障碍物规避实验
障碍物规避实验主要测试机器人对障碍物的识别和规避能力。
结果比较与讨论
结果比较
将不同实验的结果进行比较，分析机器人 在不同环境下的表现。
VS
结果讨论
对实验结果进行深入的讨论，分析机器人 在行走控制方面存在的问题和挑战，提出 改进方案。
两足机器人步态的参数化设计及优化
第３ ８卷第 ４期
２０ ０２ 年 ４ 月
机
械
工
程
学
报
Ｖｌ ｏ ｏ３ ８ ． Ｎ ４
Ａｒ ｐ． ２ ２ ０ ０
ＣＨＩ ＮＥＳ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｍ Ｅ ＨＡＮＩ ＡＬ Ｅ ＥＪ Ｃ Ｃ ＮＧＩ Ｅ Ｉ Ｎ ＥＲ ＮＧ
（ ）、
（ ） 别 根 据 迈 腿 前 ｆ 分 ６
（ ＝（．＋０２ｒ ）ｔ ｆ ０５ ． ％ｍＩ ＋ ） ５ ｇ
维普资讯
２０ ０ ２年 ４月
窦瑞 军等 ：两足机器人步态 的参数化设计
拉格 朗日原理可得下式所示的动力学模型
Ｉ ＋Ｆ ２＋Ｇ＝ｘ ＋Ｊ Ｆ ６ Ｍ 、 式 中 Ｊ— — 惯 量矩 阵
， — — 哥 氏力和 向心力矢 量和 Ｇ —Байду номын сангаас— 重 力矢 量
Ｙ Ｌ ． ／） ｈ Ｉ（ ５ Ｖ ： Ⅱ０ ｄ
（ ３ ）
由式（） 知 ，迈 步腿 的质心 加速 度 为 ２ ２可 ， 为 了达到 侧 向动 态平 衡 ，则 Ａ＝（．＋０ ５ １ｇ ０５ ． ｍ ／ ） ２ （） ４
迈右腿 （ 、 ） 放右腿 （ 和调整恢复原状 （） 、 ） ｆ。
分别根据调整 、起腿、落腿和调整 时的角度用 多项 式 来拟 合 。Ｘ （ ） １ 、 （ ） 、 （ ）
和
】 ｍ
式中
式（） ２得
Ｉ ⅡＬ
，ｍ ——身躯和迈步腿的质量
由式 （） （） （） 求 得 Ａ 、 Ｂ 、 Ｃ ，代 入 ２ 、 ３、 ４可
。 ） 别 为 和 的 变 量 ； （ 分 （ ） 、 ２ （） ｆ 和 ６
面上 行走 的过程 。 两足 机 器人要 稳定 行走 ，则 必须对 机器人 进 行
双足机器人参数设计及步态控制算法
制算法的改进方向，为未来的研究提供参考。
05
结论与展望
研究工作总结
01
参数设计优化
通过深入研究双足机器人的动力学特性和运动学要求，我们成功优化了
机器人的各项参数，包括惯性参数、连杆长度、关节角度范围等，从而
提升了机器人的稳定性和运动效率。
02
步态控制算法开发
我们开发了一种基于深度强化学习的步态控制算法，该算法能够根据不
VS
控制硬件
双足机器人的控制系统硬件需要具备足够 的计算能力和实时性能，以支持复杂的步 态控制算法和传感器数据处理。选择高性 能的处理器和专用的运动控制芯片，可以 确保机器人对行走指令的快速响应和精确 执行。
动力系统设计参数
要点一
能源供应
双足机器人的动力系统需要为其提供足够的能源供应，以 确保持续稳定的行走能力。选择合适的电池类型和容量， 以满足机器人的能量需求，并在必要时进行能源管理和优 化，以延长机器人的行走时间。
步态稳定性与优化
步态稳定性分析
通过建立机器人的稳定性判据，分析不同步态下的稳定性，为步 态控制算法提供理论指导。
最优控制
以能量消耗、行走速度等为目标函数，通过优化算法求解最优步态 控制策略，实现机器人的高效行走。
仿生学优化
借鉴生物行走的步态特征，对机器人的步态进行优化，提高机器人 在复杂环境中的行走性能。
意义
双足机器人具有人类类似的行走能力，能够在复杂地形中进行灵活移动，这对 于救援、探索等任务具有重要意义。同时，研究双足机器人也有助于我们更深 入地理解人类行走的机理。
双足机器人的应用领域
01
02
03
04
救援领域
在灾难救援场景中，双足机器 人能够跨越障碍，进入危险区
综合设计两足步行机器人
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。
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1. 引言双足仿生机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，其行走机构的设计是实现机器人自主行走的关键。
本文将介绍双足仿生机器人行走机构的设计原理、结构与控制方法。
2. 设计原理双足仿生机器人的行走机构设计基于人类步行的原理。
人类步行是一种交替进行的两足动作，每步分为摆动相和支撑相。
在摆动相中，一只脚离地，并向前摆动；在支撑相中，另一只脚着地支撑身体。
机器人的行走机构需要模拟这一过程，通过控制各关节的运动实现机器人的步行。
3. 结构设计双足仿生机器人的行走机构包括传感模块、控制模块和执行模块。
传感模块用于感知机器人身体姿态和环境信息，如倾斜角、步长和地面状态等。
控制模块根据传感器信号和预设的步态参数计算关节的运动轨迹和力矩控制信号。
执行模块根据控制模块的指令，控制各关节运动，实现机器人的步行。
具体的结构设计包括：3.1 关节设计双足仿生机器人的关节设计需要考虑力矩传输、运动范围和结构强度等因素。
一般采用电机驱动的关节设计，通过控制电机的转动角度和力矩，实现机器人的步行动作。
3.2 脚底设计机器人的脚底设计需要考虑地面的摩擦力、稳定性和抗震性等因素。
一般采用具有摩擦力的材料作为脚底，例如橡胶或塑料材料。
同时，在脚底设计中还可以添加传感器，用于感知地面的状态和表面特征。
3.3 稳定性设计双足仿生机器人的稳定性设计是保证机器人能够在不倒地的情况下行走。
稳定性设计包括重心的控制、姿态的调节和动态平衡控制等。
通过控制机器人的关节运动和重心转移，使机器人能够保持平衡并行走。
4. 控制方法双足仿生机器人的行走机构控制方法包括开环控制和闭环控制两种。
4.1 开环控制开环控制是指根据预设的步态参数，通过控制各关节的运动轨迹和力矩，实现机器人的步行。
开环控制简单但稳定性较差，容易受到外界干扰影响。
4.2 闭环控制闭环控制是根据传感器信号和控制模块的反馈信息，实时调整关节的运动轨迹和力矩，以实现更加稳定的步行。
双足竞步机器人设计与制作技术报告模板
双足竞步机器人设计与制作技术报告模板一、引言二、设计原理1.步态模拟双足竞步机器人的关键技术之一是步态模拟。
通过传感器和控制算法，机器人能够模拟人类的步态，并在不同的地形和速度下保持稳定。
这一设计原理是基于人体力学和动力学的研究，通过对关节和肌肉的仿真，实现了机器人的步态模拟。
2.传感器和控制系统双足竞步机器人需要通过传感器来感知外界环境，并通过控制系统来进行运动控制。
常用的传感器包括倾斜传感器、力/力矩传感器和视觉传感器等，用于测量机器人的倾斜角度、步态力矩和周围环境。
控制系统则是根据传感器测量的数据进行计算和控制的核心部分，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
三、制作过程1.机械结构设计双足竞步机器人的机械结构设计是机器人制作的重要环节。
由于机器人需要模拟人类的步态，机械结构需要能够实现人类步态的运动。
常用的设计原理包括杆件模型、连杆模型和刚体模型等，通过在设计中考虑杆件的长度、角度和连接方式等因素，实现机器人的步态运动。
2.电子系统设计3.软件系统设计双足竞步机器人的软件系统设计主要包括控制算法和用户界面设计。
控制算法需要根据机器人的步态模拟原理进行编写，实现机器人的稳定行走和竞速。
用户界面设计则是为了方便用户对机器人进行操作和控制，常用的设计方式包括图形界面和命令行界面等。
四、实验结果与分析经过设计和制作，我们成功地完成了一台双足竞步机器人，并进行了相关实验。
实验结果表明，机器人能够模拟人类的步态，并在不同的地形和速度下保持稳定。
同时，机器人还能够进行竞速比赛，并达到了预期的速度。
然而，我们也发现了一些问题。
首先，机器人在不同地形下的稳定性仍然有待提高，特别是在不平坦的地形上。
其次，机器人的竞速能力还有待改善，我们计划在之后的研究中进一步优化机器人的设计和控制算法。
五、总结通过本次的设计与制作，我们对双足竞步机器人的设计与制作技术有了更深入的了解。
步态模拟、传感器和控制系统、机械结构设计、电子系统设计和软件系统设计等都是构成双足竞步机器人的重要技术。
双足行走机器人稳定性控制方法
双足行走机器人稳定性控制方法双足行走机器人稳定性控制方法大连理工大学工程力学系李增刚1引言人作为双足行走生物，是在长期的生物进化过程中形成的。
人能够不自觉地保持身体的直立性和平衡性，不论是在静止不动还是在行走过程中。
一旦失去平衡，人就会产生相应的动作，使身体保持平衡。
例如，在静止时，当人的重心偏向一侧时，就会不自觉地向该侧跨出一脚，以使重心位置落于支撑面内。
这里，支撑面定义为两脚之间的面积以及两脚的面积。
当重心落于支撑面内时，就不会倾倒。
再如，在行走过程中，人的重心不断向前移动，超出了两脚尖的位置，迫使人向前迈出脚，这样才使人的行走成为可能，使人的行走自然流畅。
因此，控制机器人重心的位置及重心位置的速度，是机器人保持稳定及产生有效步态的关键。
本文就是控制机器人的重心位置，使其落于支撑面内，从而达到了机器人稳定性控制的目的。
机器人的重心可以由安装在机器人脚底的力传感器测知。
当重心偏向一侧，这一侧的传感器输出偏大，相反的一侧的力传感器等于零，或趋近于零。
本文用感知器来感知机器人重心位置的变化，当重心超出支撑面时，系统将发出动作指令，使机器人保持稳定。
本文采用的神经网络感知器(Perception)是最简单的人工神经网络，它是F Rosenblatt于 1958年提出的具有自学习能力的感知器。
在这种人工神经网络中，记忆的信息存储在连接权上，外部刺激通过连接通道自动激活相应的神经元，以达到自动识别的目的。
感知器模型如图1所示，通常由感知层S(Sensory)、连接层A(Association)和反应层构成R(Response)。
2人工神经元感知器的学习算法可以用下面的方法训练网络：(1)初始化S层至连接层(A层)的连接权矩阵中的各个元素及Ａ层各单元的阀值赋予［－１，＋１］之间的随机值，一般情况下vij ＝１θj＝０i＝１，２，Λ，pj＝１，２，Λ，n且在整个学习过程中保持固定不变。
Ａ层至输出层(R层)的连接权矩阵中的各个元素及 Ｓ层各单元的阀值θ＝［θ１θ２Λθq］赋予［-1，+1］之间的随机值。
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双足仿生机器人行走机构的设计需要综合考虑机械结构、控制系统和传感器等多个方面。
下面是一个较为常见的双足仿生机器人行走机构设计的概述：1. 机械结构：双足仿生机器人的机械结构通常由两个对称的机械腿组成，每个机械腿由多个关节连接而成。
关节可以采用电机驱动，例如直线电机或旋转电机。
关节的设计需要考虑到机器人的运动范围、力矩需求以及稳定性等因素。
2. 步态规划：双足仿生机器人的步态规划是指确定机器人腿部关节的运动轨迹和步伐。
一种常见的步态是通过将机器人的步伐分为支撑相和摆动相来实现。
在支撑相，机器人的一只腿着地支撑身体重量；在摆动相，机器人的另一只腿离地向前摆动。
步态规划需要考虑到机器人的稳定性、能耗和速度等因素。
3. 动力学模型：为了实现双足仿生机器人的稳定行走，需要建立机器人的动力学模型。
动力学模型可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动和受力情况。
这些模型可以用于控制系统设计和运动规划。
4. 控制系统：双足仿生机器人的控制系统需要实时监测机器人的姿态、关节角度和力矩等信息，并根据预定的步态规划来控制机器人的运动。
控制系统通常包括传感器、控制算法和执行器。
传感器可以包括惯性测量单元（IMU）、压力传感器和视觉传感器等，用于获取机器人的状态信息。
控制算法可以根据传感器数据实时计算出控制指令，例如关节角度和力矩。
执行器则将控制指令转化为机械运动。
5. 传感器：双足仿生机器人的传感器可以用于感知环境和监测机器人状态。
例如，视觉传感器可以用于识别障碍物和地面形状，压力传感器可以用于检测脚底的接触力，IMU可以用于测量机器人的加速度和角速度等。
这些传感器可以提供给控制系统有关机器人周围环境和自身状态的信息，以便实现更精确的控制和导航。
以上是双足仿生机器人行走机构设计的一般概述，具体的设计还需要根据具体应用需求和机器人的尺寸、负载和预期性能等因素进行进一步详细设计和优化。
仿人形机器人双足动态步行研究
仿人机器人两足动态行走研究1.本文概述随着技术的飞速发展，仿人机器人已成为机器人领域的一个重要研究方向。
两足动态行走作为仿人机器人的核心技术之一，不仅影响机器人的稳定性和灵活性，还直接影响其在复杂环境中的适应性。
本文旨在深入探讨仿人机器人的两足动态行走技术，分析现有技术的优缺点，提出一种新的两足动态步行控制策略。
本文将从步态生成、平衡控制、能量优化等方面对目前仿人机器人两足动态行走的研究成果进行详细回顾和总结。
本文将分析现有技术在实际应用中面临的问题和挑战，如对复杂地形的适应性、行走稳定性、能量效率等。
针对这些问题，本文将提出一种基于生物力学原理和先进控制算法的两足动物动态行走控制策略。
该策略旨在提高仿人机器人在不同环境中的行走稳定性和适应性，同时优化能耗。
该研究不仅有助于仿人机器人两足动态行走技术的发展，也为机器人在复杂环境中的应用提供了新的思路和方法。
通过本研究，有望为仿人机器人的发展做出贡献，并为相关研究和实际应用提供参考。
2.仿人机器人两足动态行走的理论基础仿人机器人两足动态行走研究是机器人领域的一个重要分支，涉及机械工程、电子工程、控制理论、计算机科学和生物力学等多个学科的交叉与融合。
本节将详细介绍两足动态行走的理论基础，为后续研究奠定坚实的理论基础。
两足行走的生物力学原理是研究人类行走模式的基础，对仿人机器人行走系统的设计具有重要的指导意义。
人类行走的生物力学特征包括行走周期、步态分析、关节运动学、肌肉动力学等。
通过深入研究这些原理，我们可以更好地理解人类行走的复杂性，并将其应用于机器人设计。
在两足行走过程中，保持动态平衡和稳定性对人形机器人至关重要。
动态平衡涉及机器人在运动过程中对外部干扰的响应能力，而稳定性控制确保机器人在各种行走条件下保持平衡状态。
这需要综合考虑机器人的质量分布、关节刚度和地面条件等因素，并通过先进的控制算法实现。
步态规划是指为机器人设计合适的行走模式，使其高效稳定地行走。
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首先，在双足机器人的制作过程中，机械设计是一个重要的环节。
双足机器人需要设计适合人体行走的腿部结构，通常采用三自由度的设计，即腿部可以在水平方向上摆动、伸缩和旋转。
此外，机械设计还需要考虑到双足机器人的稳定性和承重能力，以确保机器人在行走时不会失去平衡。
其次，控制系统是双足机器人制作中不可或缺的一部分。
控制系统需要将运动指令转化为机械运动，使机器人能够按照设定的步态进行行走。
控制系统通常包括传感器、执行器和控制算法等多个组件。
传感器主要用于获取机器人当前的状态和环境信息，比如陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度和加速度；执行器则用于实现机器人的运动，比如电机可以驱动腿部关节的运动；控制算法则负责解析传感器的数据并控制执行器的运动。
最后，双足机器人的步态运行是整个制作过程中最具挑战性的一部分。
步态运行可以分为静态步态和动态步态两种。
静态步态是指机器人在行走过程中，保持至少有三只腿支撑在地面上，而剩余的腿则处于摆动中；动态步态则是指机器人在行走过程中，每一步都会有腿从摆动态转化为支撑态。
步态运行的关键在于如何控制机器人的稳定性和步幅，以确保机器人在行走时不会失去平衡。
为了实现双足机器人的步态运行，需要通过控制算法来对机器人的运动进行优化。
控制算法可以根据传感器获取的数据来调整机器人的姿态和步频，以保持机器人的稳定性和步幅。
常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和强化学习等，这些算法通过对机器人的运动进行建模和优化，可以使机器人在行走时更加稳定和高效。
总的来说，双足机器人的制作和步态运行是一个综合性的任务，需要涉及到机械、控制和算法等多个领域的知识。
只有在这些领域的相互配合下，才能够制作出一个稳定、灵活的双足机器人，并使其能够模仿人类的行走方式。
随着科技的不断发展，双足机器人的制作和步态运行将会变得更加成熟和先进，为人类带来更多的便利和可能性。
双足被动步行机器人性能分析及一种动力输入方法
采用更高效的能源管理策略，降低机器人的能耗和排放。
05
双足被动步行机器人在实 际环境中的应用与挑战
在复杂地形上的应用
适应不同地形
双足被动步行机器人在复杂地形中需要具备较好的适应能力，以应 对不同地形带来的挑战。
稳定性
在复杂地形中，机器人的稳定性是一个重要的考量因素，需要设计 合适的控制算法以确保机器人的平衡和稳定。
动力学性能测试
通过设定不同的外部干扰，测试机器人的动力学性能，如抗干扰能 力、响应速度等。
能耗与效率测试
测试机器人在不同运动状态下的能耗与效率，分析节能策略和方法。
结果的优化方向
结构优化
根据实验结果，对机器人结构进行优化设计，提高运动稳 定性和效率。
控制策略优化
改进控制算法和策略，提高机器人的运动性能和抗干扰能 力。
02
双足被动步行机器人性能 分析
机器人步态分析
01
02
03
步态周期
一个步态周期包括单脚支 撑、摆动和另一只脚支撑 三个阶段。
步长与步频
步长指每一步的距离，步 频指每分钟走的步数。
稳定性指标
包括重心上下波动、左右 摆动等，反映机器人的稳 定性。
机器人稳定性分析
静态稳定性
指机器人在静止状态下保 持平衡的能力。
机器人在不同重心位置下的稳定性和平衡性。
03
动态性能
在动态环境下，如遇到突发性干扰或外部冲击时，机器人需要具备良好
的动态性能和响应能力，以确保其稳定性和安全性。
06
双足被动步行机器人的未 来展望与研究方向
提高机器人性能的潜在方向
01
优化结构设计
02
增强感知与控制能力
双足机器人运动算法相关因素分析
双足机器人运动算法相关因素分析随着科技的不断发展，机器人技术也得到了长足的进步。
双足机器人作为一种能够模拟人类走路的机器人，不仅在军事、医疗、教育等领域具有广泛的应用，也成为了科研和工业领域的重要研究对象。
在双足机器人的运动过程中，运动算法被认为是影响其稳定性、效率和适应性的关键因素之一。
在本文中，我们将对双足机器人运动算法的相关因素进行分析。
1. 动力学模型动力学模型是描述双足机器人运动的数学模型。
它描述了机器人在行走、跳跃或进行其他动作时所受到的力和力矩，并根据这些力和力矩计算机器人的运动轨迹。
对于双足机器人来说，动力学模型的准确性对于实现稳定和流畅的运动非常重要。
因此，开发一个合理而准确的动力学模型是双足机器人运动算法的基础。
2. 步态规划步态规划是双足机器人决定如何前进的过程。
它涉及到将机器人的运动分成一系列连续的步骤，并确定每一步的时间、速度和位置。
在步态规划中，需要考虑机器人的稳定性、能量消耗和对环境的适应性等因素。
一个有效的步态规划算法能够使机器人在各种复杂地形和环境下保持平衡，并实现高效的运动。
3. 姿态控制姿态控制是指双足机器人如何调整身体的姿态以实现稳定的运动。
机器人的姿态包括身体的倾斜、腿部的伸展和收缩等。
在姿态控制中，需要考虑机器人的稳定性、摆臂效应和能量消耗等因素。
一个良好的姿态控制算法能够使机器人在运动过程中保持平衡，并避免倒地或摔倒的风险。
4. 感知与决策感知与决策是指双足机器人如何感知周围环境并做出相应的决策以实现目标。
感知主要涉及到机器人使用传感器检测周围环境，例如摄像头、激光雷达等，以获取环境信息。
决策涉及到机器人根据感知到的信息做出相应的决策，例如选择合适的路径、避开障碍物等。
一个有效的感知与决策算法可以提高机器人的自主性和适应性。
5. 控制器设计控制器设计是指双足机器人如何根据输入信号调整自身的状态和行为以实现所需的运动。
控制器可以是经典的PID控制器，也可以是基于模型预测的控制器等。
三连杆双足步行机器人结构建模与运动分析
三连杆双足步行机器人结构建模与运动分析孙玲玲;赵俊卿;王亭【摘要】双足机器人具有与人类相似的步行运动方式,对环境具有较好的适应能力,在机器人研究与应用中具有重要的地位.文章基于三连杆结构双足步行机器人模型,运用三次函数模拟其直线运动步态,运用拉格朗日方程描述其关节力矩,建立了机器人的运动学和动力学模型,阐明了机器人运动过程状态与关节力矩的变化规律及特点.结果表明:机器人支撑腿力矩为-350 ～350 N·m远大于摆动腿力矩;躯干倾角对各关节驱动力矩的影响比较复杂,即使躯干保持竖直,其驱动力矩也会在-130～130 N·m之间变化;增大步行速度,各关节力矩都会相应增大;躯干倾角对各关节驱动力矩的影响比较复杂,在实际应用中需要借助合理的驱动方法稳定驱动力矩,实现机器人整体的平稳运动.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】7页(P366-371,384)【关键词】分析力学;三连杆步行机器人;结构建模;步态规划;关节力矩【作者】孙玲玲;赵俊卿;王亭【作者单位】山东建筑大学理学院,山东济南250101;山东建筑大学理学院,山东济南250101;山东建筑大学理学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】O313.7在高危与复杂环境下，机器人以其独特的优势，成为代替人类作业的重要工具。
与轮式或者履带式机器人相比，双足步行机器人具有更好的适应地面环境的能力，成为近年来研究的热点。
双足步行机器人的研究涉及力学、仿生学、机械控制理论与控制工程、传感器信息融合、计算机图形学等多门学科，具有十分重要的学术意义和应用价值［1-4］。
随着机械设计与传感技术的不断发展，机器人研究的瓶颈问题已经不在于样机的研制，而是步行基础理论的突破。
为此，国内外学者开展了大量的研究工作。
宋宪玺建立了双足机器人的混杂动力学模型，并对三连杆平面双足机器人的运动进行了仿真［1］；槐创锋等建立了双足步行机器人腿的可参数化仿真模型，并分析了影响机器人稳定性能的参数［2］；乌海东等分析和配置了双足机器人的腿部自由度，以通用性的原则设置驱动器，生成了运动动画［3］；史耀强搭建了双足机器人的实验平台，并进行了多关节规划动作调试与分析［4］；曾鹤基于预观控制的仿人机器人的线性步态规划，通过倒立摆模型建立双臂摆动产生力矩与摆动角度之间的数学关系，控制生成的摆动角轨迹［5］；王健美等基于Matlab对双足机器人进行动力学仿真与仿生控制，实现了双足机器人低能耗的稳定行走［6］；贠今天等采用三次样条插值方法规划机器人的前向运动，得到各关节的平滑运动轨迹［7］；Farshimi等提出了一种被动双足机器人模型，并进行运动方程的推导与模拟参数的分析［8］；Liu等使用最优控制律并结合弹道参数的优化方法和微分动态规划，对五连杆双足机器人进行了行走控制仿真与评估［9］。
小型双足步行机器人动力学分析和行走控制的开题报告
小型双足步行机器人动力学分析和行走控制的开题报告题目：小型双足步行机器人动力学分析和行走控制一、研究背景随着科技的不断发展，机器人技术被越来越广泛地应用到日常生活和生产中，尤其是在工业自动化、物流配送、医疗康复等领域。
而双足步行机器人因其更接近人类的行走方式，可以完成更复杂的任务，因此越来越受到研究者的关注。
然而，小型双足步行机器人在行走中存在很多问题，如稳定性差、容易倾倒等。
为了解决这些问题，需要进行动力学分析和行走控制的研究。
二、研究目的本研究旨在对小型双足步行机器人进行动力学分析和行走控制研究，包括以下目标：1.建立小型双足步行机器人动力学模型，分析其稳定性和动态特性；2.设计行走控制算法，对小型双足步行机器人进行控制，提高其稳定性和鲁棒性；3.通过仿真和实验验证行走控制算法的有效性，并对控制算法进行优化和改进。
三、研究内容1.建立小型双足步行机器人动力学模型双足步行机器人的动力学模型可分为连杆模型和质点模型两种。
本研究将采用连杆模型，考虑机器人的结构特点和动态特性，建立小型双足步行机器人的动力学模型。
2.设计行走控制算法本研究将研究小型双足步行机器人的步态规划和控制算法，设计能够保证机器人稳定行走的控制器，提高机器人的鲁棒性和自适应性。
3.仿真和实验验证算法的有效性通过Matlab/Simulink等仿真平台对控制算法进行仿真验证，同时设计实验系统进行实验验证，获得实验数据并对数据进行分析和处理，验证控制算法的有效性，为算法的优化和改进提供依据。
四、研究意义本研究的意义在于：1.提高小型双足步行机器人的稳定性和鲁棒性，在工业自动化、生活服务、医疗康复等领域得到更加广泛的应用；2.丰富步态规划和控制算法的理论体系，推动双足步行机器人技术的发展；3.为未来机器人研究提供可借鉴的参考和指导。
五、研究方法本研究主要采用理论分析、数值仿真和实验验证相结合的方法：1.理论分析：建立小型双足步行机器人的动力学模型，分析其稳定性和动态特性，并设计行走控制算法；2.数值仿真：通过Matlab/Simulink等仿真平台对控制算法进行仿真验证，分析算法的优缺点；3.实验验证：设计实验系统进行实验验证，获得实验数据并对数据进行分析和处理，验证控制算法的有效性，为算法的优化和改进提供依据。