综合设计两足步行机器人
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。
双足竞步机器人设计与制作技术报告
双足竞步机器人设计与制作技术报告摘要本报告介绍了双足竞步机器人的设计与制作技术。
首先介绍了双足竞步机器人的背景和应用领域，然后详细讲解了机器人的整体设计思路和关键技术，包括步行算法、动力系统、传感器系统等。
接着介绍了机器人的制作过程和各个部件的选材与制作方法。
最后，对该机器人进行了实验验证和性能评估，并提出了进一步的改进方向。
关键词：双足竞步机器人、设计、制作、技术、步行算法一、引言双足竞步机器人作为一种仿生机器人，可以模拟人类的步行方式，具有广泛的应用前景。
本报告旨在介绍双足竞步机器人的设计与制作技术，为相关领域的研究人员提供借鉴和参考。
二、双足竞步机器人的背景和应用领域双足竞步机器人是一种类似于人类的步行机器人，可以进行类似于人类的步行运动。
由于其具有良好的稳定性和灵活性，因此在许多领域有着广泛的应用前景，如医疗康复、工业生产等。
三、双足竞步机器人的整体设计思路双足竞步机器人的整体设计思路包括步行算法的设计、动力系统的设计和传感器系统的设计等。
步行算法是机器人实现类似于人类步行的关键，通过对人类步行的分析和建模，设计出合适的算法来控制机器人的步伐和平衡。
动力系统是机器人的运动能力的基础，需要选用合适的电机和驱动器来提供足够的动力。
传感器系统用于获取机器人周围环境的信息，需要选用合适的传感器并设计相应的信号处理算法。
四、双足竞步机器人的制作过程双足竞步机器人的制作过程包括选材和制作各个部件、装配和调试等步骤。
选材需要根据机器人的要求选择合适的材料，如轻量化的材料和具有良好刚度的材料。
制作部件需要基于设计图纸进行加工和制造，包括框架、关节和传动装置等。
最后进行装配和调试，确保机器人能够正常运行。
五、双足竞步机器人的实验验证和性能评估对于双足竞步机器人的实验验证和性能评估可以通过搭建仿真平台或实际制作机器人来进行。
通过与人类的步行进行对比，评估机器人的步态和平衡性能。
同时还可以测试机器人在不同地形和环境下的稳定性和适应性。
(完整版)双足竞步机器人设计与制作技术报告
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。
基于PROE的两足步行机器人三维模型设计
Value Engineering 1模块设计简介两足步行机器人是一个多变量、强耦合、非线性和变结构的复杂动力学系统[1]，通过平面绘图不能满足对机构的设计和仿真需求[2]，因此对机器人的设计提出了很高的要求。
Pro/ENGINEER 的参数化设计可以优化机器人的设计，并且在机器人的制造过程中提供了很好的参考。
参数化设计特征就是指用参数来表示零件大小的尺寸和属性，工程技术人员可以通过修改参数的值来修改零件的大小、形状和属性[3]；目前，虚拟样机技术已经是一种全新的基于产品计算机仿真模型的数字化设计方法[4]，Pro/ENGINEER 的参数化设计也得到广泛应用。
尤其是Pro/ENGINEER 所有的模块都是全相关的，即在产品开发过程中，如果对产品的某—处进行修改，该修改将会影响整个产品的设计，如更新所有的工程文档，包括零件模型、装配模型、二维图以及制造数据等[5]。
正是充分利用了Pro/ENGINEER 的参数化设计特征、基于特征的造型设计和全相关性等特点，在两足机器人的设计过程中，下一个零件的设计可以完全参照前一个零件的所有特征，这恰恰满足了两足机器人较高的装配精度要求，并且不必考虑机械部分的干涉性、重复性等，为进一步完善力学计算、机构仿真、优化分析奠定了基础。
2机器人关节的模块设计当前机器人产业既面临空前的发展机遇，又面临严峻的挑战。
在世界范围内，机器人产业尚无统一的体系结构，缺乏相应的基础标准体系与接口协议规范，研发工作存在大量低水平的重复，不能实现各种功能构件的重用与互换，没有形成专业化配套与产业链分工，致使制造成本高昂，严重制约了机器人产业的形成和发展。
两足机器人在设计上采用了模块化的设计的思想，主要是在两足机器人中有许多关节具有通用性，所有的运动都可以简化为两个基本模块的电机轴正交放置形成的通用模块，然后两足机器人就可以像“搭积木”一样组建而成。
要使工作具有高效率，就必须总结出流水线式的作业方式，通过大量的摸索、总结，在前期的设计过程中主要遵循了以下几个简单步骤如图1所示。
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。
毕业论文（设计）基于matlab的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真
诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：基于MATLAB的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：112012337学生：指导教师（含职称）：（讲师）专业负责人：1．设计的主要任务及目标1）通过查阅有关资料，了解双足型机器人主要技术参数；2）双足型机器人的腿部模型建立及运动部件设计3）利用Pro/E完成动作的仿真2．设计的基本要求和内容1）双足型机器人的腿部功能选择；2）模型的建立；3）运动的仿真4）完成毕业设计说明书的撰写3．主要参考文献[1] 孙增圻.机器人系统仿真及应[ J ].系统仿真报，1995 ，7( 3 ):23-29.[2] 蒋新松，主编.机器人学导论[ M ].沈阳：辽宁：辽宁科学技术出版社，1994.[3] 蔡自兴.机器人学[ M ].北京：清华大学出版社，2000.[4] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[ M ].北京：清华大学出版社，20024．进度安排设计各阶段名称起止日期1 发放毕业设计题目及选题2015.03.03—2015.03.232 查阅文献，了解研究意义，完成开题报告2015.03.24—2015.04.133 编写说明书，已完成工作，完成中期答辩2015.04.14—2015.05.044 继续编写毕业设计说明书2015.05.01—2015.06.015 提交设计说明书，完成毕业答辩2015.06.02—2015.06.22审核人：年月日基于Matlab的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真摘要：最近几年，双足仿人步行机器人发展很快，有很高的科学研究价值。
步行机器人的运动是模仿人的步行运动的形式，相比其它机器人有更好的灵活性，所以可以完成各种生活中的难度更大的任务，实用价值远高于其它机器人，当然研究难度和控制也相当复杂。
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
双足竞步机器人设计与制作技术报告
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。
复杂路况下双足机器人稳定行走的设计
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复杂路况下双足机器人稳定 行走的设计
汇报人： 2024-01-02
目录
• 引言 • 双足机器人稳定行走的基本原
理 • 复杂路况对双足机器人稳定行
走的影响 • 双足机器人的设计与优化 • 实验与验证 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
背景
随着科技的不断发展，双足机器人在许多领域具有广泛的应用前景，如服务、 救援、探索等。然而，在复杂路况下，双足机器人的稳定行走仍面临诸多挑战 。
意义
设计出能够在复杂路况下稳定行走的双足机器人，对于提高机器人性能、拓展 应用领域、推动相关技术的发展具有重要意义。
国内外研究现状
01
国内研究现状
国内在双足机器人稳定行走方面取得了一定的成果，如XX大学研制的
双足机器人能够在平坦路面上实现稳定行走，但面对复杂路况仍存在不
足。
02
国外研究现状
国外在双足机器人技术方面处于领先地位，如XX公司和XX大学合作开
硬件设备
使用高性能的伺服电机和 传感器，确保机器人的稳 定性和精确性。
软件算法
采用先进的控制算法和优 化算法，实现机器人的稳 定行走和自主导航。
实验结果与分析
稳定性
01
通过实验验证，双足机器人在复杂路况下能够保持稳定的行走
姿态，无明显晃动或失步现象。
适应性
02
机器人能够适应不同地形和路况，包括崎岖不平的地面、楼梯
发的双足机器人能够在崎岖路面上实现稳定行走，但成本较高，难以大
规模应用。
03
发展趋势
基于STM32F407的双足机器人
基于STM32F407的双足机器人双足机器人是一种仿生机器人，具有双足步行能力，能够模拟人类的步态和动作。
它具有很高的灵活性和稳定性，可以适应不同的地形和环境。
基于STM32F407的双足机器人具有先进的控制系统和智能算法，能够实现复杂的动作和任务。
本文将介绍基于STM32F407的双足机器人的设计原理、控制系统和应用场景。
一、设计原理基于STM32F407的双足机器人主要由机械结构、传感器系统、控制系统和动力系统四个部分组成。
机械结构是双足机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动方式。
传感器系统用于感知环境和身体状态，包括视觉传感器、惯性传感器、力传感器等。
控制系统是双足机器人的大脑，它接收传感器数据并计算出相应的动作指令。
动力系统则负责执行控制系统的指令，驱动机器人进行运动。
1. 高性能处理器：STM32F407是一款高性能的32位微控制器，具有丰富的外设和强大的计算能力，能够满足双足机器人复杂的控制算法和实时运动要求。
2. 多轴驱动：双足机器人需要精确的多轴驱动来实现步行和平衡，STM32F407提供了丰富的PWM输出通道和高速定时器，能够满足机器人的驱动需求。
3. 实时通信：双足机器人需要实时地接收和发送数据，与外部设备进行通信。
STM32F407具有丰富的通信接口和高速外设，能够满足双足机器人的通信需求。
基于STM32F407的双足机器人的设计原理可以满足机器人的高性能计算和实时控制要求，为机器人的稳定步行和复杂动作提供了坚实的技术基础。
二、控制系统基于STM32F407的双足机器人的控制系统包括感知、规划和执行三个部分，实现了双足机器人的全面控制。
感知部分主要通过传感器系统获取环境信息和身体状态，包括视觉、力觉、陀螺仪等传感器，将感知到的数据传输给控制系统。
规划部分主要通过控制算法对感知数据进行处理和分析，得出接下来的运动控制指令。
执行部分主要通过动力系统执行规划好的运动控制指令，控制机器人进行步行和平衡。
双足机器人步行原理
双足机器人步行原理
双足机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，它可以像人类一样在不平坦的
地面上行走。
双足机器人的步行原理是基于人类步行的生物力学原理和动力学原理，通过对人类步行过程的模拟和分析，实现机器人的稳定步行。
首先，双足机器人步行的基本原理是通过双足之间的协调运动来保持平衡。
人
类步行时，两只脚交替着地，一只脚支撑身体重量，另一只脚向前迈出。
机器人也是通过类似的方式来实现步行，它需要不断地调整双足之间的配合，以保持稳定的步行姿势。
其次，双足机器人步行的原理还涉及到动力学控制。
在机器人步行过程中，需
要对每一步的力量和速度进行精确控制，以保持平衡和稳定性。
这就需要机器人具备高精度的传感器和智能控制系统，能够实时监测和调整步行过程中的各项参数。
另外，双足机器人步行的原理还包括了对地面情况的感知和适应能力。
不同的
地面情况会对机器人的步行造成影响，比如不平坦的地面、坡道、台阶等。
机器人需要能够通过传感器感知地面情况，并做出相应的调整，以适应不同的环境。
总的来说，双足机器人步行的原理是基于对人类步行过程的模拟和分析，通过
动力学控制、协调运动和地面感知能力，实现机器人的稳定步行。
这需要机器人具备高精度的传感器、智能的控制系统和灵活的运动机构，才能够在各种复杂的环境中实现稳定的步行。
随着科技的不断发展，双足机器人步行原理将会得到更加深入的研究和应用，为人类带来更多的便利和可能性。
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。
双足步行机器人步态规划
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。
双足机器人步行原理
双足机器人步行原理双足机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，它具有独立行走、跳跃、攀爬等能力，是目前机器人领域的研究热点之一。
双足机器人的步行原理是基于人类步行的生物力学原理和工程学原理，通过合理的控制算法和机械结构设计，实现机器人的稳定步行。
首先，双足机器人步行的生物力学原理是模仿人类步行的步态。
人类步行是通过两只脚交替迈出步伐来实现的，每一只脚在着地时，身体重心会向前倾斜，然后通过脚踝、膝盖和髋关节的协调运动来保持平衡。
双足机器人也是通过类似的步态来实现步行，它需要具备类似的关节结构和运动方式，以保持稳定的步行姿态。
其次，双足机器人步行的工程学原理是基于动力学和控制理论。
在双足机器人的设计中，需要考虑到机械结构的稳定性和灵活性，以及动力系统的动态响应和能量消耗。
双足机器人的控制算法需要能够实时感知环境，做出快速的决策，并通过精准的运动控制来保持稳定的步行。
同时，双足机器人还需要考虑到地面的摩擦力、斜坡、障碍物等外部因素对步行的影响，以实现在各种复杂环境下的稳定步行。
另外，双足机器人步行还涉及到平衡控制和姿态调整。
在步行过程中，双足机器人需要不断地调整身体的重心，以保持稳定的姿态。
这需要通过传感器实时监测机器人的姿态和环境信息，然后通过控制算法来实现身体的平衡和姿态调整。
双足机器人的步行原理就是通过这样的平衡控制和姿态调整来实现稳定的步行。
总的来说，双足机器人步行的原理是基于生物力学和工程学的原理，通过合理的机械结构设计和控制算法实现稳定的步行。
未来随着人工智能、机器学习等技术的发展，双足机器人的步行能力将会更加强大，能够应对更加复杂的环境和任务，为人类生活和工作带来更多的便利和帮助。
两足行走机器人—身体及头部结构部分设计
优秀设计毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 机器人的发展及技术 (1)1.3 双足机器人优点及国内外研究概况 (2)2 双足机器人的本体结构设计 (8)2.1 引言 (8)2.2 两足机器人的结构设计 (8)2.3 双足机器人的自由度配置 (9)2.4 驱动方式的选择 (11)3 双足行走机器人的3D图 (13)3.1 总体结构图 (13)3.2 头部的部件图 (15)3.3 身体部分部件图 (16)4 液晶显示屏 (18)4.1 引言 (18)4.2 LCD系统的实现 (18)4.3 触摸屏控制技术的实现 (20)结束语 (26)致谢 (27)参考文献 (28)1 绪论1.1 引言什么是机器人呢?在国际上，关于机器人的定义很多，出发点各不相同，有的强调工业机器人特征，有的侧重于智能机器人。
美国机器人协会认为“机器人是一种用于移动各种材料、零件的工具或专用装置；是通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机”，显然该定义指的是工业机器人，国际标准化组织(ISO)也有类似的定义。
日本工业机器人协会(JIRA)定义机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的且能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。
有些定义直接把机器人分为工业机器人和智能机器人两种情况来解释，认为工业机器人是“一种能够执行与人的上肢(手和臂)类似动作的多功能机器”，智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。
我国的蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”。
尽管定义各不相同，但有共同之处，即认为机器人应具有下列特征:（1）像人或人的上肢，并能模仿人的动作；（2）具有智力或感觉与识别能力；（3）是人造的机械或机械电子装置。
当然，随着机器人的进化和其智能的发展，这些定义很难涵盖其本质，有必要修改[1]。
1.2 机器人的发展及技术1.2.1 机器人的发展20世纪40年代，伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现，关于机器人技术的研究开始出现。
两足式自走机器人实验报告
两足式自走机器人实验报告本实验旨在设计和制作一种能够实现自主行走的两足式机器人，并通过实验验证其稳定性和行走能力。
通过该实验，能够加深对机器人结构和运动控制的理解，同时探索机器人在不同环境下的适应能力。
实验原理：两足式机器人是一种模仿人类步行的机器人，其设计灵感来源于人类运动生理学和动物运动机制。
在机器人的机械结构上，通常采用两条类似于人的双腿，脚部配有足底传感器以获取地面信息。
控制系统利用回馈控制和动态平衡算法，实现机器人的稳定行走。
实验步骤和结果：1. 设计和制作机器人的机械结构：根据机器人的预期功能和要求，设计机器人的双腿结构，选择合适的材料进行制作。
通过螺旋电机和关节连接完成机械结构的组装。
2. 完成机器人的电子设计和控制系统的搭建：设计机器人的电子线路，包括传感器、执行机构和控制芯片等。
设置动态平衡算法和运动控制程序，并进行算法调试和优化。
3. 进行机器人的行走实验：将机器人放置在光滑的地面上，通过控制程序操控机器人进行行走。
观察机器人步态和姿态的稳定性，记录机器人的行走速度和穿越障碍物的能力。
通过实验，我们得到了以下结果：1. 机器人能够实现基本的稳定行走：机器人能够通过动态平衡算法保持两腿的平衡，保证机器人不倒下。
虽然在初期的测试中机器人有时会出现摇晃和摆动的情况，但经过算法的调优和参数的优化，机器人能够保持更好的稳定性。
2. 机器人的行走速度较慢：由于机器人使用的是电机驱动的关节，其速度受到电机的转速限制。
因此，机器人的行走速度相对较慢，需要进一步优化驱动系统以提高机器人的运动速度。
3. 机器人的障碍物穿越能力有待提高：在穿越障碍物的实验中，机器人会遇到平衡和稳定性的挑战。
当障碍物高度较高时，机器人容易失去平衡而倒下。
因此，需要改善机器人的感知和控制系统，提高其在复杂环境中的适应能力。
实验总结：通过本实验，我们成功设计和制作了一种两足式自走机器人，并验证了其行走能力和稳定性。
实验结果表明，机器人能够实现基本的稳定行走，但其行走速度和穿越障碍物的能力还有待提高。
双足机器人步态仿真及腿部设计与控制
越障行走的适应性研究
障碍物识别的准确性
研究基于计算机视觉或传感器技术的障碍物识别方法，以提高 双足机器人越障行走的准确性。
腿部机构的灵活性
针对越障行走过程中，研究双足机器人腿部机构的灵活性设计， 以实现平稳、安全的越障动作。
自适应控制策略
根据障碍物的类型、大小和形状等因素，研究双足机器人的自适 应控制策略，以实现更高效、稳定的越障行走。
，延长机器人的工作时间。
稳定性和灵活性
03
腿部设计应同时保证机器人的稳定性和灵活性，以实现平稳、
灵活的运动。
常用腿部设计方案
01
两段式腿
两段式腿是一种常见的双足机器人腿部设计方案，由大腿和小腿组成
，通过关节连接。这种设计具有结构简单、易于控制等优点。
02 03
三段式腿
三段式腿是一种更为复杂的双足机器人腿部设计方案，由大腿、膝盖 和小腿组成，通过两个关节连接。这种设计具有更大的灵活性，能够 适应更复杂的地形和运动需求。
实验环境
实验平台设在一个模拟各种地形和环境的实验室环境中 ，以便对机器人的适应性和性能进行全面测试。
实验结果展示及分析
步态仿真
通过在实验平台上模拟不同种 类的步态，如步行、奔跑和跳 跃，研究人员可以观察到双足 机器人在不同运动状态下的性
能表现。
腿部设计与控制
通过调整机器人的腿部结构和 控制策略，研究人员观察到机 器人在不同地形和环境中的适
01
双足机器人步态仿真是通过计 算机模拟双足机器人的行走过 程，以评估机器人的稳定性、 效率和安全性。
02
步态仿真基于生物学原理，将 机器人的腿部机构简化为生物 体的腿部结构，并模拟其运动 过程。
03
毕业设计(论文)-双足智能机器人的设计与实现模板
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。
(智能制造)两足步行机器人综合设计计算说明书
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。
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综合设计两足步行机器人
臀部凸轮运动规律设计
远休止角定为90度； 在另一只脚往前行的同时，这条抬高的腿也相对在往后退，所以 对凸轮的回程采用等减速运动规律，即
回程角取为180度。
臀部凸轮从动件运动规律设计表
凸轮转角 从动件运动规律
凸轮运动方程
0到90度
正弦加速度运动 规律
凸轮末位置
90到180度
停顿
日本本田公司从1986 年从事仿人双足步行机器人的研究工作，至97 年 底已经推出了P 系列1, 2, 3 型仿人双足步行机器人。 P2的问世将双足步行 机器人的研究工作推向了高潮。其中P2和P3都使用了大量的传感器如陀螺 仪、重力传感器、力矩传感器和视觉传感器，基于这些传感器实现稳定的动 态行走。
综合设计两足步行机器人
设计分析及设计要求
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。
综合设计两足步行机器人
机构选型设计
为建立一个能手足联动的两足步行机器人，本小组采用先设计 腿部机构，再设计一个传动机构以驱动手臂的甩动动作的方法，将腿 部和手臂的机构分开设计。
综合设计两足步行机器人
（
） 机构尺寸综合设计
（
凸轮尺寸设计
）
1.臀部凸轮设计
凸轮机构采用的是偏心距为0的对心从动件凸轮机构,主要利用了 凸轮的推程、远休止过程和回程三个过程。
推程采用正弦加速度运动规律，即
推程角定为90度，那么
由于大腿需要在抬高的同时小腿伸展过程中保持不动，所以腿 需要在空中停留数秒，故采用了大腿凸轮的的远休止过程，此时
三维建模过程
可以写出位移矩阵方程，结合运动约束方程
，最终得到2个含有
的设计方程，解出
E的第一坐标。
综合设计两足步行机器人
平面连杆机构的尺寸设计
最终求得唯一解 杆长
按照最终求得的尺寸 画出的CAD图
综合设计两足步行机器人
尺寸设计结果CAD图
综合设计两足步行机器人
三维建模过程
大腿建模过程 小腿建模过程
综合设计两足步行机器人
机构设计选型
手臂机构设计方案
由于手臂的运动过程很简单，也不是我们的主要研究对象，因此我们 仅设计出一种合适的方案，用以配合腿部的机构进行仿真，因此手臂机构简
图如下：
图中AD杆即为机器人手臂，滑块B 的滑槽设置在机器人臀部，滑块B的移 动靠臀部处的大凸轮带动，从而使得点 E绕点A转动，即手臂绕点A转动，实现 了手臂和腿部运动的同时性，并且不会 出现同手同脚的情况，使得机器人的步 行更加逼真。
综合设计两足步行机器人
方案二、采用凸轮机构
该图即为机器人单边腿部的机构 简图，分别用了2个凸轮机构，4个滑 块机构，9个活动构件，11个低副，2 个高副和2个虚约束。
机器人单边腿部的机构简图
综合设计两足步行机器人
方案二、采用凸轮机构
凸轮转动中心、横向 滑杆和两个机架都固定 在臀部上，B处圆是与 凸轮相切的圆柱，用来 控制横向滑块的前进和 后退，A杆是大腿的简 图，一端插在B处的一 个滑块上，同时与C处 的铰链相接，用以固定 大腿和臀部的连接，另 一端连接小腿部分。
腿部机构设计方案
方案一、滑块联动机构 此方案的特点是小腿的伸缩转动是由大腿控制的，区别方案二的
是小腿大腿没有分开控制，由连动控制，另一特点是大腿的伸缩又是 由大腿的转动角度控制的，如下图：
综合设计两足步行机器人
方案一、滑块联动机构
机器人大小腿联动控制
臀部和大腿连接部分
综合设计两足步行机器人
方案一、滑块联动机构
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。
综合设计两足步行机器人
机构初步设计思路
我们计划设计出模拟人体步行的机构,因为步行的复杂程度 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：
180到360度 等减速运动规律
综合设计两足步行机器人
臀部凸轮轮廓曲线设计
又由于凸轮是逆时针转的，所以有：
得到
由于从动件为滚子从动件，分别代入 的方程，则可得到滚子中心
B（xB ，yB ）运动轨迹曲线，并取基圆半径
，滚子半径为1.5，
经计算，推程h取5.4 ，同时结合
，最终得到臀部
凸轮轮廓曲线。
综合设计两足步行机器人
综合设计两足步行机器人
设计方案的评价与选择
综合上述机构设计方案，本小组通过分析和评价体系对方案进行 了评价与选择。
腿部方案的 评价与选择
手臂方案的 评价与选择
理论分析
机器人机构设计 方案评价体系
根据评价结果选择了 方案二用以控制 腿部的运动
综合设计两足步行机器人
设计方案的评价与选择
腿部方案的评价与选择
综合设计两足步行机器人
膝关计方法，由于从动件为滚子从动件，分别代入 的方程，得到滚子中心B（ xB，YB ）运动轨迹曲线，并取基圆半径
为6.5，滚子半径1.5，h为4，计算出轮廓曲线上C的轨迹方程。
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平面连杆机构的尺寸设计
手臂平面连杆尺寸设计
机器人膝关节机构简图
综合设计两足步行机器人
选型设计二、采用凸轮机构
方案二、凸轮机构 利用凸轮的运动规律，设计凸轮轮廓曲线来较准确的控制机
构的运动路线，此方案分别对大腿和小腿的不同运动特点采用不 同的凸轮轮廓曲线，使运动更形象逼真，而凸轮又靠电机来带动， 用这种方法来实现机器人的行走。以下几图为此方案的机构简图：
故小腿弯曲后凸轮应立即回程，回程角定为90度，故
，所以回
程采用等加速运动规律，即：
综合设计两足步行机器人
膝关节凸轮轮廓曲线设计
当脚着地后，另一只脚开始往前走，所以这只脚就相对往后走，但 此时小腿相对大腿是不转动的，只有大腿往后移，所以此时小腿应该保 持原状，因此凸轮应该处于近休止状态，取近休止角为180度，此时：
F1
F2
F3
F4
F5 评价总分
方案一
5
2
2
5
5
19
方案二
10
10
5
2
10
37
综合理论分析和评分结果， 本小组选择了方案二用以控制腿部的运动。
综合设计两足步行机器人
设计方案的评价与选择
手臂方案的评价与选择 如前面所说，由于手臂的运动过程很简单，也不是我们的
主要研究对象，因此我们仅设计出一种合适的方案，用以配合 腿部的机构进行仿真，此方案如前文所示。
综合设计两足步行机器人
设计背景
国内，双足步行机器人的研制工作起步较晚，相继有几所高 校进行了这方面的研究并取得了一定的成果。其中以哈尔滨工业 大学和国防科技大学最为典型。
国防科技大学“先行者”机器人 哈工大的“HIT”型两足步行机器人
综合设计两足步行机器人
主要设计思想和研究意义
研究意义：
那么设计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。
非常稳定 基本稳定 不稳定但不影响行走 不稳定完全不能行走
很逼真 比较逼真 不太逼真 完全看不懂
简单 不复杂 一般复杂
复杂
方便可调 一般可调 不可调
评价尺度
10 5 2 0
10 5 2 0
10 5 2 0
10 5 2 0
10 5 0
综合设计两足步行机器人
设计方案的评价与选择
对以上方案打分如下：
方案
方案二的步行特点
综合设计两足步行机器人
设计方案的评价与选择
对于腿部机构的设计，通过对方案一二的综合分析还考虑，建 立了综合评价指标如下：
评价项目 目标完成情况F1 行走稳定程度F2
逼真程度F3 复杂程度F4 机构可调性能F5
得分等级
完全实现功能要求 基本实现功能要求 部分实现功能要求 不能实现功能要求
两足步行机器人的手臂采用以臀部的凸轮带动滑块移动，滑块带动 平面连杆机构产生“手臂”的5联动的方法与两腿的动作协调。手臂的 平面连杆机构如下图所示。
根 据第二章设计要求与设计数据，成 年男性上臂长约为330mm，不妨设 AD=330mm。同时A点为机器人的肩部，建 立以如图为平面的XY坐标，那么设A(0,0)。 机器人的肩部A点与B点水平距离大约为机 器人的上身长，设为550mm。
方案一的设计思路即让小腿由大腿控制，产生连动的效果， 因此方案一充分运用连杆和滑块机构，将大腿的转动角度转化 为控制小腿的主要参数，角度越大小腿弯曲程度越大，即实现了 大腿和小腿的连动，并将小腿的主控参数巧妙的设置成了角度的 变化。其中的一大特点是利用了一个球形铰链，能够同时控制小 腿的前伸和后退。
机器人臀部机构
综合设计两足步行机器人
方案二、采用凸轮机构
横杆G焊接在大腿 A杆上，用以固定凸 轮和虚线处的横向滑 杆，E杆为小腿简图， F处的铰链用以连接小 腿和大腿，使小腿能 绕大腿旋转，E杆一端 与滑块连接用以控制小 腿的转动角度，另一端 连接脚掌，如下图：
机器人膝关节的机构简图
综合设计两足步行机器人
综合设计两足步行机器人
，
， 平面连杆机构的尺寸设计
当机器人臀部凸轮转动时，B点的滑块左右滑动，根据上一节的计算结果， 滑动距离为5.4mm。