【正文】 只腳與地面接觸即圖3．2中AC時(shí)段。雙足機(jī)器人步行運(yùn)動(dòng)過程可以分為三個(gè)階段：起步、周期步行和停步。從節(jié)能的角度考慮，靜態(tài)步行的驅(qū)動(dòng)力矩主要克服重力矩，而動(dòng)態(tài)步行可以有效地利用重力和慣性力進(jìn)行重心的移動(dòng)。因此，只要使重心落在腳掌支撐面上就能保證雙足步行機(jī)器人穩(wěn)定的步行。雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行的穩(wěn)定性問題是步態(tài)規(guī)劃的關(guān)鍵問題，借助理論力學(xué)工具，推導(dǎo)出穩(wěn)定步行需滿足的動(dòng)力學(xué)條件?，F(xiàn)在經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，ZMP的表述方法主要有兩種：1．ZMP指地面上滿足地面反力的合力矩對(duì)x，Y軸分量為零的那一點(diǎn)，即T(Tx，Ty，Tz)表示由地面反力繞某一點(diǎn)產(chǎn)生的合力矩在ZMP點(diǎn)滿足Tx=0，Ty=0，Tz=0。 由圖25可見仿人二足步行機(jī)器人爬樓梯行走機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)向著前面轉(zhuǎn)動(dòng)θ1的時(shí)候立足位置點(diǎn)在Y軸的方向上前進(jìn)了半步長為?x，仿人二足步行機(jī)器人爬樓梯行走機(jī)構(gòu)腿部X方向前進(jìn)的步長計(jì)算如下：圖25 腿在Y方向上前進(jìn)的示意圖 所以說可以得出來?x=R1cosθ1+R2cosφ2sinφ1，由表達(dá)可以確定髖關(guān)節(jié)向前轉(zhuǎn)動(dòng)θ1角度的時(shí)候，立足位置點(diǎn)在X方向的前進(jìn)的步長為一半?x的確定的關(guān)系。 跨高：擺動(dòng)腿在擺動(dòng)過程中腳底離地面的最大距離，用于衡量機(jī)器人跨越樓體高度的大小。步態(tài)規(guī)劃不僅是兩足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)基本擬人動(dòng)作的關(guān)鍵，而且可以為兩足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。 國內(nèi)的研究相對(duì)較晚，雖然也誕生了很多專利，但由于受到體積，重量，穩(wěn)定性級(jí)安全問題還沒有產(chǎn)品真正投入使用。先行者身高1 .4m，體重20kg，共有17個(gè)自由度，可以完成原地扭動(dòng)、平地前進(jìn)、后退、左右側(cè)行和左右轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。識(shí)別10多個(gè)人的臉部特征。,體重5kg，具有38個(gè)自由度，／h的速度行走，并能在行走中轉(zhuǎn)身。HRP2的外形尺寸為高154cm．質(zhì)量為 58KG，與真人相仿。 1973年，日本加麟一郎從工程角度研制出世界上第一臺(tái)真正意義上的仿人形機(jī)器人 WABOT1，可用日語與人交流，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)行走，可依據(jù)命令移動(dòng)身體去抓取物體。而雙輪組式雖然能實(shí)現(xiàn)自主爬樓，但由于其體積龐大且偏重，影響了她的適用范圍。對(duì)雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃進(jìn)行研究，規(guī)劃合理的步態(tài)并控制機(jī)器人穩(wěn)定的跟蹤步態(tài)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的步行運(yùn)動(dòng)成為雙足機(jī)器人技術(shù)研究的重點(diǎn)。雙足機(jī)器人是一種非常典型的仿人機(jī)器人，國外早在60年代末就開始了雙足機(jī)器人的研究開發(fā)。. 二足仿生機(jī)器人的概念現(xiàn)階段，機(jī)器人的研究應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其中仿人機(jī)器人的 研究和應(yīng)用受到普遍的關(guān)機(jī)器人的研究應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其中仿人機(jī)器人的 研究和應(yīng)用受到普遍的關(guān)注，并成為智能機(jī)器人領(lǐng)域中最活躍的研究熱點(diǎn)之一。它匯集了機(jī)械、 電子、通訊、自動(dòng)控制、仿生等諸多學(xué)科最新的研究成果，代表了機(jī)電一體化的最高成就，反映了 一個(gè)國家智能化和自動(dòng)化研究的水平。雙足行走是類人機(jī)器人最基本也是最難實(shí)現(xiàn)的功能，因而以實(shí)現(xiàn)雙足步行為目標(biāo)的兩足步行機(jī)器人研究是智能型類人機(jī)器人研究的基礎(chǔ)。仿人二足機(jī)器人爬樓梯的設(shè)計(jì)變營運(yùn)而生。1968年，美國通用公司試制了一臺(tái)名為“Rig”的操縱型雙足機(jī)器人，揭開了雙足機(jī)器人研究的序幕。穩(wěn)定的步態(tài)是雙足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)行走功能的基礎(chǔ)．有了穩(wěn)定的步態(tài)才能顯現(xiàn)它的靈活性和更強(qiáng)的適應(yīng)能力，也才能使機(jī)器人其他的很多功能得以實(shí)現(xiàn)。步行式，其爬樓梯的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成。 1986年．美籍華人郯元芳博士研制了美國第一臺(tái)真正意義上的類人雙足步行機(jī)器人SO2，實(shí)現(xiàn)平地前進(jìn)和左右側(cè)行；1987年該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)步行，在1990年，SD2能走斜坡。全身共有32個(gè)自由度，具體為62(腿部)+62 (手臂)+2（腰部）+2（頭部）+22（手指）=32，能夠很均衡地雙足步行。該機(jī)器人可 根據(jù)家中環(huán)境的變化調(diào)節(jié)自身行為．不僅可以識(shí)路辨人、存儲(chǔ)信息，還可跳舞、唱歌，與人類進(jìn)行更豐富的交流。除此之外，SDR4X身上還安裝了帶有記憶功能的交流和運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)自19852000年研制出雙足步行機(jī)器人：HITI、HITII和HITIII，HITIII實(shí)現(xiàn) 了步距200毫米的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)步行，能夠完成前/后、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上 /下臺(tái)階及上斜坡等動(dòng)作。 面向社會(huì)應(yīng)用需求，基于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程的課題要求，根據(jù)之前學(xué)習(xí)到的機(jī)械原理等知識(shí)，力求推動(dòng)大學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，提高機(jī)器人應(yīng)用實(shí)際的實(shí)際操控力，達(dá)到我們機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的。沒有行走步態(tài)的規(guī)劃，兩足機(jī)器人最基本的步行功能也就無從實(shí)現(xiàn)，就失去了兩足步行機(jī)器人靈活性、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。 步行周期：是指機(jī)器人周期性行走過程中，同一只腳順序兩次著地所用的時(shí)間。當(dāng)θ1較小的時(shí)候，可以設(shè)旋轉(zhuǎn)θ1角度后腿在X軸上的投影長度近視為L=R1+R2。2．ZMP指重力和慣性力的合力在地面上的投影，在這一點(diǎn)上合力矩為零。為了將ZMP的性質(zhì)運(yùn)用于動(dòng)態(tài)步行的步態(tài)分析與設(shè)計(jì)中，首先得分析ZMP與步態(tài)軌跡之間的聯(lián)系。式(2．10)中：mi—各部分的質(zhì)量；Xi，Yi，Zi—各部分的質(zhì)心，本項(xiàng)目中為虛擬桿件i的質(zhì)心。毫無疑問，動(dòng)態(tài)步行的驅(qū)動(dòng)力矩比靜態(tài)步行的驅(qū)動(dòng)力矩要小，而且可以實(shí)現(xiàn)高速行走。這三個(gè)階段各不相同，但有著緊密的聯(lián)系，起步之后緊接著就是周期步行，周期步行之后是停步，周期步行的軌跡具有周期重復(fù)性。雙足機(jī)器人的前向運(yùn)動(dòng)過程可分為：OA雙腳支撐(左腳在前，右腳在后)_AC單腳支撐(左腳支撐，右腳擺動(dòng))一CD雙腳支撐(右腳在前，左腳在后)_DF單腳支撐(右腳支撐，左腳擺動(dòng))_0A雙腳支撐(左腳在前，右腳在后)一?從第F狀態(tài)起，就是不斷重復(fù)OF的過程，而OC的過程，與CF的過程相比，只是左右狀態(tài)互換，因此只要把OC時(shí)段的步態(tài)確定了，機(jī)器人整個(gè)步行運(yùn)動(dòng)周期的步態(tài)就可以完全確定。 腳掌受地面作用力分布圖根據(jù)文獻(xiàn)[19]中對(duì)ZMP的定義，可得x方向的ZMP為：Px=x1x2ερεdεx1x2ρεdε ()式中．dε為足底每單位長度上地面作用力的鉛垂分量，ε為dε的X坐標(biāo)，Px，為地面作用力的壓力中心，即ZMP，x1,x2分別為支撐腳腳跟和腳尖在基坐標(biāo)系中的位置。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)系到運(yùn)動(dòng)的最終狀態(tài)，決定運(yùn)行的姿態(tài)。在本次機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練中鞏固學(xué)習(xí)了機(jī)械原理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、CAD二維制圖軟件和CATIA三維軟件，也學(xué)會(huì)了怎樣從前人設(shè)計(jì)中取得經(jīng)驗(yàn)以及處理數(shù)據(jù)的能力。在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)了我們的自學(xué)能力，這是我們步入社會(huì)所必備的素質(zhì)。本次機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是在王老師的悉心指導(dǎo)下完成的。承蒙王老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，雖然有繁忙的工作，但仍抽出時(shí)間給予我們學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)和幫助，特別是給我們提供了許多參考資料，使我們小組的全體成員從中受益非淺。這種團(tuán)隊(duì)意識(shí)使我們步入社會(huì)必備的技能，這對(duì)我們即將步入社會(huì)的大學(xué)生有著重大意義。將理論和實(shí)踐完美的結(jié)合在了一起，使我們更深刻的理解了我們的專業(yè)知識(shí)。(1)連桿尺寸lAB=160mm,lBC=160mm,lCD=220mm