引言
机器人是一门综合性很强的学科，有着极为普遍的研讨跟应用领域。机器人技巧是综合计算机技术、信息融会技巧、机构学、传感技巧、仿生迷信和人工智能等多学科而造成的高新技术，它不只波及到线性、非线性、基于多种传感器信息节制和实时控制技巧，并且借包罗庞大电机体系的建模、数字仿真技术及混合系统的节制研讨等方面的技巧。
仿人形机器人是机器人技巧中的一个紧张研究课题，而双足机器人是仿人形机器人研讨的前奏。步行技巧是人与大多数动物所存在的挪动方法，是一种高度自动化的运动，双足步行体系存在非常复杂的动力学特性，存在很强的情况适应性。绝对轮式、履带式机器人，它存在无与伦比的优越性，可进入狭小的功课空间，也可超过阻碍、高低台阶、斜坡及正在没有平整的空中上事情，和照顾护士白叟、病愈医学跟普通家庭的家政效劳。另一方面，因为双足机器人存在多枢纽、多驱动器跟多传感器的特色，并且普通皆存在冗余的自由度，这些特色对其节制问题带来很大难度，为各类节制跟优化方式供给幻想的试验平台，使其成为一个令人瞩目的研讨标的目的，是以对双足步行机器人行走计划机械节制的研讨不只存在很下的学术代价，并且存在必然的现实意义。
以小型双足机器人的计划为重点，先容一款小型双足机器人的计划，包罗自由度设置，动力源核资料取舍，并针对所计划的机器人停止静态步行计划。
1小型双足机器人本体计划作为一种双足机器人研讨平台，要求所计划的机器人可能知足研究者对双足机器人的根本要求，即机器人具有不变行走的才能，为研讨双足机器人的行走方式步态计划供给平台。图1为所计划的双足机器人的平面图。机器人共有18个自由度，头部的后方跟摆布两侧皆装有超声波传感器，用来检测障碍物，头顶装有声敏传感器，用来检测声响。
1．1机器人自由度设置
郑元芳博士从仿生学的角度研讨仿人机器人腿部自由度设置。得出枢纽扭矩最小前提下的两足步行布局自由度设置计划。他认为髋部跟踝部各设置2个自由度，可转变行走标的目的，踝关节处再增长一个反转展转自由度，使得脚板正在不规则的概况落地；膝关节设置1个自由度，便利高低台阶。则每条腿要设置7个自由度。
依据郑元芳实际，可计划出所计划的类人机器人的运动进程跟行走步调：重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到两腿间、重心右移、左腿抬起、左腿放下、重心移到两腿间，共分8个阶段。这里计划的机器人存在避障功用，是以髋关节的侧向扭转自由度必不可少。所计划的机器人没有思量正在不规则空中上行走问题，以是可以没有设置踝关节的侧向扭转自由度。如许计划出的机器人虽然不克不及站正在不规则的空中上，但可以正在平地上实现一切的行走进程，实现前行、前进、转弯等举措。
如许计划出的机器人腿部共有12个自由度，每条腿各6个，即踝关节前向跟扭转2个自由度，膝关节前向1个自由度，髋关节有前向、侧向扭转跟转向3个自由度。自由度的设置如图2所示。
1．2机器人驱动元件的取舍
快递分拣机器人有哪些难点正在驱动元件的取舍上，初期研究者曾试图仿照人的肌肉运动方法用气动人工肌肉作为双足步行机的驱动元件，这类气动人工肌肉经由过程橡胶管充气收缩惹起的膨胀去取代人体肌纤维的膨胀运动，但因为技术水平的限定，人工肌肉正在体积跟力学特性等方面皆与真正肌肉有较大差异，实际效果并欠好。现阶段，大部分机器人采取伺服电机作为驱动元件。伺服电机存在速率快、扭矩年夜的特色，并装备双向接口，可能监测以后机电地位，是以失掉广泛应用，并取得良好效果。
微型伺服电机外部包罗一个小型直流马达、一组变速齿轮、一个反应可调电位器及一块电子控制板，是一种可定位的直流电机，当吸收到一个地位指令时，便会运动到指定的地位。微型伺服电机马达存在下力矩、高性能、节制简略、拆卸灵巧、价钱高等优点。从各方面因素思量，本计划选用微型伺服电机作为驱动元件。该计划选用Robotis公司出产的AX-12+伺服电机，机电之间经由过程串口通讯，由主控制器打包传输通讯数据。
2双足机器人步态计划现阶段双足机器人的步态计划普通采取两种方式：一种是使用数学手腕经由过程树立机器人的数学模型停止计划，另一种方式是模拟人的行走进程及人的心理布局。该计划采取后者。人类步行运动是以一条腿瓜代天作为支持，向前摆动另一条腿，并伴以躯干跟手臂的运动而实现的。其进程跟机理非常复杂。研讨评释：双足机器人正在安稳步行的前提下，可能实现上身躯跟下肢的运动解耦，并容易对下身躯的各个枢纽角停止角度计划，是以可应用解耦节制离别节制上身躯跟下身躯的运动，而且对下身躯的各个枢纽角实施规划。是以。剖析跟模拟人类的步行运动时，应重点捉住下肢的次要举措特色跟方法。
2．1人体步态周期研讨
人体正在行走的进程中，其重心不休天周期性挪动跟转变，正在任何时刻至少有一只足与空中打仗，而此中一段是两只足同时着天。单支持跟单支持瓜代停止，但只有单支持跟单支持正在行走周期中所占比例公道，才气连结身体均衡。以一个周期为研讨工具，比例分派如图3所示。
2．2依据周期比例应用通用软件计划步态
由图3可知，正在一个完全的步态周期里包罗2个单支持跟2个单支持工夫，设置单支持占周期的20％，单支持占周期的80％。关于单腿来讲，全部周期里只有一个摆动周期，占周期的40％，支持周期由一个单支持跟两个单支持构成。占周期的60％。两条腿的髋关节角度必需知足式，才气连结行走时身体均衡。
式中，r为髋关节的相关系数，n为自由度，xi跟yi离别是人类跟机器人正在第i次运动的髋关节角度，x跟y离别是人类跟机器人正在一个周期内髋关节运动角度的平均值。依据式应用现阶段通用的机器人行动
申通快递分拣机器人图片依据图4所示的步态计划与仿真图对所计划的机器人停止行走实验。实验结果表明，机器人正在行走之前要有立正的筹备姿式，使其重心与身体所在立体与空中垂直，经由过程调剂膝关节角度实现机器人的不变行走，证实了该算法可行。
论断
计划了一款结构紧凑、形状美妙的小型双足机器人本体，机器人共18个自由度，每条腿6个，每条臂3个，可用作科学研究平台，也可用于机器人角逐。利用行动
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