小型仿人機器人系統(tǒng)的設計資料詳細說明

　　提出了一款新穎的小型開環(huán)控制雙足行走機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 3 部分組成。關節(jié)自由度為 21 個，比目前流行的小型機器人的 17 自由度增加了 4 個自由度，實現(xiàn)了機器人的協(xié)調穩(wěn)定運動，SSC-32 舵機控制器的應用使機器人的運動程序編寫更加便利，從而可以使設計人員把主要的精力用于動作的設計。

　　雙足步行是高級生物所特有的運動形式。國外自 1960 年代以來就開始了雙足步行機器人的研究，1972 年日本早稻田大學加滕一郎等首先研制出了 WL-5，直至近幾年來受到廣泛關注的日本本田公司的 ASIMO，雙足步行機器人的研究已取得了長足的進步［1－2］。雙足小型行走機器人的研究現(xiàn)已成為了研究的熱點，目前的小型行走機器人主要應用于娛樂，對它研究的價值卻不僅體現(xiàn)它的娛樂功能，隨著對雙足機器人的研究，所得到的研究成果也在自動化、軍事、汽車等產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應用。因此，對雙足機器人的研究具有較強的理論和實用價值。

　　1 設計實現(xiàn)目標本設計暫時只對機器人的雙足行走功能和各關節(jié)的協(xié)調運動進行研究，對其它的視覺、觸覺等人類器官的高級功能暫時不予仿生研究。本次設計主要完成的設計目標是：（１）模擬人的行走過程，包括直線行走或轉彎行走，實現(xiàn)髖關節(jié)的 3 自由度運動和肘關節(jié)的 2 自由度運動；（２）行走過程平穩(wěn)，動作連續(xù)；（３）小型化，實際的高度在 450mm 左右，重量在 2kg 左右；（４）采用半閉環(huán)控制及通用的零件，是機器人的制作成本最低化［３］。 2 機器人的自由度分配人類的身體有許多的肌肉和骨骼組成，要實現(xiàn)對人類器官運動的精確仿生卻是很難實現(xiàn)的［４］。通過研究我們知道，通過下肢雙腿 12 個自由度的模擬就能很好地實現(xiàn)人的雙腿的行走功能，而上肢在行走的過程當中也扮演了重要的角色，它可以在行走的過程當中通過一定的運動平衡機器人的慣性力矩。下肢中，踝關節(jié)設計 ２ 個自由度，膝關節(jié)設計 １ 個自由度，跨關節(jié)設計 ３ 個自由度。上肢設計 9 個自由度，頭部 １ 個自由度，肩部 ２ 個自由度，肘部 ２ 個自由度，手在行走過程中的自由度可以忽略，不影響行走運動的狀態(tài)，故沒有對手部的關節(jié)進行仿生。自由度的設計方案如圖 1。根據(jù)自由度的設計完成的機械部分如圖 ２。