小型仿人機器人系統的設計資料詳細說(shuō)明

　　提出了一款新穎的小型開(kāi)環(huán)控制雙足行走機器人系統，該系統由機械系統、驅動(dòng)系統和控制系統 3 部分組成。關(guān)節自由度為 21 個(gè)，比目前流行的小型機器人的 17 自由度增加了 4 個(gè)自由度，實(shí)現了機器人的協(xié)調穩定運動(dòng)，SSC-32 舵機控制器的應用使機器人的運動(dòng)程序編寫(xiě)更加便利，從而可以使設計人員把主要的精力用于動(dòng)作的設計。

　　雙足步行是高級生物所特有的運動(dòng)形式。國外自 1960 年代以來(lái)就開(kāi)始了雙足步行機器人的研究，1972 年日本早稻田大學(xué)加滕一郎等首先研制出了 WL-5，直至近幾年來(lái)受到廣泛關(guān)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(cháng)足的進(jìn)步［1－2］。雙足小型行走機器人的研究現已成為了研究的熱點(diǎn)，目前的小型行走機器人主要應用于娛樂(lè )，對它研究的價(jià)值卻不僅體現它的娛樂(lè )功能，隨著(zhù)對雙足機器人的研究，所得到的研究成果也在自動(dòng)化、軍事、汽車(chē)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(shí)用價(jià)值。

　　1 設計實(shí)現目標本設計暫時(shí)只對機器人的雙足行走功能和各關(guān)節的協(xié)調運動(dòng)進(jìn)行研究，對其它的視覺(jué)、觸覺(jué)等人類(lèi)器官的高級功能暫時(shí)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(guò)程，包括直線(xiàn)行走或轉彎行走，實(shí)現髖關(guān)節的 3 自由度運動(dòng)和肘關(guān)節的 2 自由度運動(dòng)；（２）行走過(guò)程平穩，動(dòng)作連續；（３）小型化，實(shí)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(lèi)的身體有許多的肌肉和骨骼組成，要實(shí)現對人類(lèi)器官運動(dòng)的精確仿生卻是很難實(shí)現的［４］。通過(guò)研究我們知道，通過(guò)下肢雙腿 12 個(gè)自由度的模擬就能很好地實(shí)現人的雙腿的行走功能，而上肢在行走的過(guò)程當中也扮演了重要的角色，它可以在行走的過(guò)程當中通過(guò)一定的運動(dòng)平衡機器人的慣性力矩。下肢中，踝關(guān)節設計 ２ 個(gè)自由度，膝關(guān)節設計 １ 個(gè)自由度，跨關(guān)節設計 ３ 個(gè)自由度。上肢設計 9 個(gè)自由度，頭部 １ 個(gè)自由度，肩部 ２ 個(gè)自由度，肘部 ２ 個(gè)自由度，手在行走過(guò)程中的自由度可以忽略，不影響行走運動(dòng)的狀態(tài)，故沒(méi)有對手部的關(guān)節進(jìn)行仿生。自由度的設計方案如圖 1。根據自由度的設計完成的機械部分如圖 ２。