双足机器人项目申请

XXX 大学大学生科技创新项目
项目名称： 项目负责人： 学院、专业、年级：
项目组成
员：
指导教师：
共青团XXX 大学委员会
二O 一四年四月制
学科分类
项目承诺书
申请人承诺：
1、项目申请书中填报的各项内容真实准确，并经项目组所有成
员一致确认，并愿意承担由于填报不实带来的后果。

2、如果项目获得批准立项，本申请书将自动成为项目合同，本
人及项目组所有成员将遵守《XXX大学学生科技创新活动管理条例》有关规定，认真开展研究工作，取得预期研究成果。

年月日
成果形式实物及培训计划
项目简介
项目名称双足机器人的设计与实现
项目概况项目性质
项目来源
起止时间
()基础研究
()学生自主立题
()应用研究
()教师指导选题
自2014年05月至2015 年05月
、立项依据
2、国内外研究概况、水平和发展趋势
国外的双足机器人研究早在80年代就已经形成了热潮，并且提出了很多非常系统的建模及控制的理论和方法。

我国在这方面的研究则比较零星，很多研究集中在机
器人的步态控制上，完整的动力学建模还较少涉及，这有待我们的进一步努力。

经过不断地努力探索，通过对建模的方法针对步态进行优化，然后把所建立的优
化方程直接用计算机进行仿真计算，从而得到机器人的特性参数。

随着这些方法的发展，双足机器人的模型也越来越复杂，从简单单自由度被动式机器人到拥有多达17个自由度的主动式机器人都已经问世，其中后者基本上可以完成走、转向、小跑等动作。

国内的研究中比较系统的建模理论很少，但在步态研究和控制研究却也不冷，并
且很有创新，如张克等人提出的用小波神经网络来控制双足机器人的步态, 义等人在
还有柳洪
机器人脚触地所带来的冲击进行较为详细的研究。

3、项目的应用前景、学术价值
双足机器人的研究起源于人的好奇性和一种自我挑战的心理，人们总想制造出一种
跟自己差不多的机器，它可以忠实地供人驱使，为人干活，成为人的终身保姆。

目前的
双足机器人技术和人的这些梦想相比，可能还要一段很长的路要走。

但是我们可以看到
现在己经有各种样式的双足机器人问世，它们可以行走和顺利拐弯，也可以做一做“小
动作”。

但是如果这种机器人具有很好的控制性能，还有小巧玲珑的体形，再加上必要
的人工智能和学习能力，则它的应用不仅仅在科研上，它可以进入家庭和服务业，进而
代替现在的机器宠物，使这种“机器人保姆”进入市场。

还可以在工业上代替从事一些
复杂且没有规律的手工劳动，在科学探测活动中从事高危险系数或者人无法完成的作
业。

总之，双足机器人有着巨大的应用前景和发展潜力。

双足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。

两足步行系统具
有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结
构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。

与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。

是其中最复杂，控制难度最大的动态系统。

但由于双足机器人比其它足式机器人具有更高的灵活性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同
工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。

例如代替危险作业环境中（如核电站内）的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。

此外将来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。

4、现有研究工作基础、现有条件和手段
研究工作基础：
双足步行机器人是近年来机器人研究领域的热点，是智能机器人理论和技术的集中体现，涉及到许多的学科。

两足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足步行机器人最基本的和首要的工作。

它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理：首先分析一下步行机器人的运动过程（前向）和行走步骤：重心右移（先右腿支撑）、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。

从机器人步行过
程可以看出:机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动；要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。

另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。

这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体（roll）、
俯仰（pitch）和偏转（yaw）自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。

这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。

髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面（前进方向）内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。

各大院校，已经取得一些成果，例如，哈尔滨工业大学设计的舞蹈机器人，哈尔滨工程大学设计的参加挑战杯比赛的机器人，都可以借鉴，取其优点，进行创新。

现有条件：
、研究方案
1)2014年05月-07月对双足机器人的机械部分进行设计
2) 2014年08月-11月对双足机器人的程序进行设计
3) 2014年11月底进行调试，并进行焊接
4) 2014年12月-2015年02月对双足机器人的外形进行设计
5) 2015年03月-05月设计培训计划，并进行小范围实验，通过反馈修改培训方案 5、提供成果的形式
双足机器人实物和培训计划
四、审批意见 学院意见
同意申报
院长签字
学校审查意见
O 重点项目立项
O 面上项目立项
O 指导项目立项 (公章)
年 月曰 (公章) 年 月曰。