【正文】 行的特點(diǎn)，其步速要比靜態(tài)步行快，而實(shí)現(xiàn)起來(lái)又不象動(dòng)態(tài)步行那樣困難。為了減小控制的復(fù)雜性考慮 Hemami 等人還曾就雙足步行機(jī)器人的“降階模型”問(wèn)題進(jìn)行 了研究。如果地面非常粗糙不平，那么步行機(jī)器人在行走時(shí)，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來(lái)考慮，而是應(yīng)該像登山運(yùn)動(dòng)員那樣走一步看一步，通過(guò)某一優(yōu)化準(zhǔn)則來(lái)確定，這就是所謂的自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于雙足而且也適應(yīng) 于多足步行機(jī)器人。 ZMP 概念的提出對(duì)雙足步行機(jī)器人控制產(chǎn)生了非常重要的影響，為有效地控制雙足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)開(kāi)辟了一條嶄新的途徑。他提出了用歐拉角描述雙足步行系統(tǒng)的通用數(shù)學(xué)模型；指出了由于步行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和控制性能的特殊性，用一般控制理論不能滿意地解決人工實(shí)現(xiàn)步行的問(wèn)題，并由此提出了算法控制的概念；研究了擬人雙足步行系統(tǒng)在單腳和雙腳支撐期間機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，建立了從運(yùn)動(dòng)副組合到關(guān)節(jié)力矩計(jì)算等各項(xiàng)運(yùn)算的 K1NPAIR 算法，分析了擬人雙足步行系統(tǒng)的姿態(tài)穩(wěn)定性，并提出了相應(yīng)的姿態(tài)控制算法；對(duì)擬人雙足步行系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析和頻率分析。在雙足步行機(jī)器人的發(fā)展史上，Vukobratovic 博士是一個(gè)非常突出的人物。這三種控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 8 方法之間有一定的內(nèi)在 聯(lián)系。這三種控制方法對(duì)各種類型的步行機(jī)器人都是適用的。真正全面、系統(tǒng)地開(kāi)展兩足步行機(jī)器人的研究始于上世紀(jì) 60 年代，現(xiàn)已形成了一整套較為完整的理論體系，一些國(guó)家如日本、美國(guó)等己研制 成功可動(dòng)態(tài)步行的雙足步行機(jī)器人。后來(lái)這種采用攝像機(jī)的方法又被 Demenyt[19]悃來(lái)研究人類的步行運(yùn)動(dòng)。國(guó)內(nèi)由于起步較晚，與國(guó)際最高水平還有一段差距，需要迎頭趕上。 目前，日本和美國(guó)對(duì)雙足步行機(jī)器人的研究已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，研制出了能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)行走的多種樣機(jī) [17]。近幾年，我國(guó) 應(yīng)用于制造業(yè)的 機(jī)器人及自動(dòng)化生產(chǎn)線和工程項(xiàng)目、相關(guān)產(chǎn)品的年產(chǎn)銷(xiāo)額已近五億元。我國(guó)的機(jī)器人從上世紀(jì) 80 年代 “ 七五 ” 科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò) “ 十五 ” 、 “ 十一五 ” 科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 7 漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng) 用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上，我國(guó)現(xiàn)有機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工程單位200 多家，其中從事機(jī)器人研究和應(yīng)用的有 75 家，共開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各類機(jī)器人約 3000多臺(tái)， 90%以上用于生產(chǎn)，引進(jìn)機(jī)器人做應(yīng)用工程的約 1000 多臺(tái)。 在我國(guó)，機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng) 20 多年，已基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。除了能打太極拳，這個(gè)機(jī)器人還會(huì)騰空行走，并能根據(jù)自身的平衡狀態(tài)和地面高度變化，實(shí)現(xiàn)未知路面的穩(wěn)定行走。國(guó)防科技大學(xué)還將工業(yè)機(jī)器人的軌跡示教方法用到了兩足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃中，形成了步 行機(jī)器人的步態(tài)示教規(guī)劃技術(shù)。國(guó)防科技大學(xué) [16]也進(jìn)行了這方面的研究。其中 HIT 一Ⅱ I 為 12 個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)步行和動(dòng)態(tài)步行，能夠完成前／后行、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺(tái)階及上斜坡等動(dòng)作。 1985 年以來(lái)，相繼有幾所高校進(jìn)行了這方面的研究并取得了一定的成果。 此外，英國(guó)、蘇聯(lián)、南斯拉夫、加拿大、意大利，德國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家，許多學(xué)者在行走機(jī)器人方面也做出了許多工作。再有，美國(guó)主要做高附加值的產(chǎn)業(yè)，比如軍用機(jī)器人，目前 世界銷(xiāo)售的 9000 臺(tái)軍用機(jī)器人之中，有 60%來(lái)自美國(guó)。然而，近年來(lái)日本基本上在做模仿性的工作，突破性技術(shù)比較少。 美國(guó)和日本多年來(lái)引領(lǐng)國(guó)際機(jī)器人的發(fā)展方向，代表著國(guó)際上機(jī)器人領(lǐng)域的最高科技水平。法國(guó) Poitiers 大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)立信息與自動(dòng)化研究所 INRIA 機(jī)構(gòu)共同 開(kāi)發(fā)了一種具有 15 個(gè)自由度的雙足步行機(jī)器人 BIP2020[14]，其目的是建立一整套具有適應(yīng)未知條件行走的雙足機(jī)器人系統(tǒng)。最近，索尼公司又推出了改進(jìn)版的 SDR4XIl[13]，它身高 50 厘米，重量為 5 千克。 SDR． 4X 的集成實(shí)時(shí)自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使它能夠在不規(guī)則的地形和斜坡上行走，即使受到外部壓力也能夠保持行走姿態(tài)。目前大約有 20 部 ASIMO 可以出租，其中大約 8 部正在博物館和其它公司用作向?qū)C(jī)器人和接待員。例如，它能夠根據(jù)用戶手指所指的地方，推斷出應(yīng)該去的地方并自己走到那兒。 2020年 1 月本田又推出了新款的 ASIMO，它增加了兩個(gè)功能：一是識(shí)別人的狀況動(dòng)作、姿勢(shì)、面容、聲音；另一種是網(wǎng)絡(luò)接入功能。 Hirose 介紹說(shuō)，只有 ASIMO 擁有這種動(dòng)態(tài)行走能力。雙腳步行方面，采用了新開(kāi)發(fā)的技術(shù)IWALK[11](Intelligent Realtime FlexibleWandng)智能實(shí)時(shí)柔性行走技術(shù)，其預(yù)測(cè)移動(dòng)控制功能使機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)下一步運(yùn)動(dòng)，并按照預(yù)測(cè)來(lái)移動(dòng)重心。本田的研究工作，尤其是“ P3”和“ ASIMO”的推出，將擬人機(jī)器人的研制工作推上了一個(gè)新的臺(tái)階，使擬人機(jī)器人的研制和生產(chǎn)正式走向?qū)嵱没⒐こ袒褪?場(chǎng)化。本田公司的計(jì)劃著重設(shè)計(jì)一般家用的機(jī)器人，而非針對(duì)特殊任務(wù)。日本加藤一郎教授于 1986 年研制出 wL 一 12 型雙足機(jī)器人 [9]，該機(jī)器人通過(guò)軀體運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償下肢的任意運(yùn)動(dòng)，在軀體的平衡作用下，實(shí)現(xiàn)了步行周期 1． 3 秒，步幅 30厘米的平地動(dòng)態(tài)步行。隨后，牛津大學(xué)的 Witt 等人也制造了一個(gè)雙足步行機(jī)器人，當(dāng)時(shí)他們的主要目的是為癱瘓者和下肢殘疾者設(shè)計(jì)使用的輔助行走裝置。 1968～ 1969 年間，南斯拉夫的 M． ,Vukobratovic 提出了一種重要的研究雙足機(jī)器人的理論方法，并研制出全世界第一臺(tái)真正的雙足機(jī)器人。 國(guó)外機(jī)器人研究狀況 最早在 1968 年，英國(guó)的 Mosher． R 試制了一臺(tái)名為“ Rig”的操縱型雙足步行機(jī)器人 [8]，揭開(kāi)了雙足機(jī)器人研究的序幕。目前，機(jī)器人僅僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制，網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人是目前機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)之一。這方面的研究工作剛剛開(kāi)始。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要利用各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)分析和仿真，提高設(shè)計(jì)效率和優(yōu)化；智能作業(yè)則是利用傳感器技術(shù)和控制方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)的高度柔性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，同時(shí)降低操作人員參與的復(fù)雜性。 多傳感系統(tǒng)技術(shù) —— 目前研究熱點(diǎn)集中在有效可行的（特別是在非線性及非平穩(wěn)非正態(tài)分布的情形下）多傳感器融合算法，以及解決傳感系統(tǒng)的實(shí)用化問(wèn)題。 數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) —— 目前正研究利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動(dòng)算法，提高系統(tǒng)的 響應(yīng)速度和控制精度。目前機(jī)器人技術(shù)的研究方向有如下幾類： 機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù) —— 目前研究重點(diǎn)是機(jī)器人新的結(jié)構(gòu)、功能及可實(shí)現(xiàn)性，其目的是使機(jī)器功能更強(qiáng)、柔性更大、滿足不同目的的需求，同時(shí)研究機(jī)器人一些新的設(shè)計(jì)方法，探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載自重比，并且機(jī)器人機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。娛樂(lè)機(jī)器人、可作為人類同伴的機(jī)器人是發(fā)展的新方向，這將使雙足機(jī)器人逐漸走向攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 4 普通居民中。 ② 極限環(huán)境下代替人工作業(yè)，如太空星球表面考察、海底勘探、水下資源的開(kāi)發(fā)和設(shè)備維修、沉船的尋找和協(xié)助打撈 (代替浮游式機(jī)器人作為運(yùn)載工具，以減少推選器對(duì)水底的擾動(dòng) ，提高能見(jiàn)度 )；核電站內(nèi)的監(jiān)視和維護(hù)作業(yè) (如吸附式步行機(jī)對(duì)金屬壁容器的檢修 )；高層建筑玻璃的擦洗；管道的探傷和維修 (管內(nèi)爬行式機(jī)器人 )；遙控救災(zāi)、滅火；爆炸物的處置 (如探雷、排雷等 )；戰(zhàn)地偵察、警戒等。目前，雙足步行機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要有： [7] ① 為殘疾人 (下肢癱瘓者或截肢者 )提供室內(nèi)和戶外行走工具。其典型實(shí)例是為殘疾人研制假肢或輪椅等步行載體。再者，動(dòng)物行走機(jī)理的研究和步行機(jī)的開(kāi)發(fā)是雙向互惠的。由于動(dòng)物和機(jī)器需要完成相同的任務(wù)，它們的控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)必須解決類似的問(wèn)題。盡管人類對(duì)腿和身體運(yùn)用自如，但對(duì)行走和奔跑的控制機(jī)制的理解仍處于初始階段。因此，雙足步行機(jī)器人的研制具有十分重大的價(jià)值和意義。雙足機(jī)器人對(duì)機(jī)器人 的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)裝置提出了特殊要求，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)機(jī)械的重大變革，雙足機(jī)器人是工程上少有的高階、非線性、非完整約束的多自由度系統(tǒng) [6]，這對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及控制理論的研究提供了一個(gè)非常理想的試驗(yàn)平臺(tái)，在對(duì)其研究的過(guò)程中，很可能導(dǎo)致力學(xué)及控制領(lǐng)域的新理論、新方法產(chǎn)生。[4][5] 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 3 雙足步行機(jī)器人的優(yōu)越性 雙足步行機(jī)器人不但具有雙足移動(dòng)的特點(diǎn)，還具有其它類人的智能特點(diǎn)，如手臂運(yùn)動(dòng)功能、手抓取物體功能、視覺(jué)功能、語(yǔ)音功能、自主決策功能等等。目前，雙足步行機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要是康復(fù)醫(yī)學(xué)。因此，開(kāi)展雙足機(jī)器人研究工作可以有力推進(jìn)機(jī)器人學(xué)及其它相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。 ② 雙足機(jī)器人具有廣闊的工作空間，由于行走系統(tǒng)占地面積小，活動(dòng)范圍很大，其上配置的機(jī)械手具有更大的活動(dòng)空間，也可使機(jī)械手臂設(shè)計(jì)得較為短小緊湊。 雙足機(jī)器人的優(yōu)越性 步行機(jī)器人包括雙足、四足、六足和八足機(jī)器人等。在有 25． 4 厘米 深的軟土地上，履帶車(chē)輛所需的推進(jìn)功率為10 馬力／噸；輪式車(chē)輛為 15 馬力／噸，而足式行走機(jī)只需 7 馬力／噸。 足式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在不平地面和松散地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，而能耗較少。地球上近一半的地面不能為傳統(tǒng)的輪式或履帶式車(chē)輛到達(dá)，而很多足式動(dòng)物卻可以在這些地面上行走自如。輪式、履帶式車(chē)輛雖好，但當(dāng)在不平地面上行駛時(shí)，它們的能耗大大增加，而在松軟地面或嚴(yán)重崎嶇不平的地形上，車(chē)輪的作用將嚴(yán) 重喪失。研究雙足行走機(jī)器人具有重要的意義。 [1]”雙足機(jī)器人屬于類人機(jī)器人，典型的特點(diǎn)是機(jī)器人的下肢以剛性構(gòu)件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，模仿人類的腿及髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，并以執(zhí)行裝置代替肌肉 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)身體的支撐及連續(xù)地協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，各關(guān)節(jié)之間可以有一定角度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于步行機(jī)器人來(lái)說(shuō)，它只需要模仿人在特殊情況下 (平地或己知障礙物 )完成步行動(dòng)作，這個(gè)條件雖然可以使機(jī)器人的骨骼機(jī)構(gòu)在很大程度上降低和簡(jiǎn)化，但也不是說(shuō)這個(gè)系統(tǒng)就不復(fù)雜了，其步行動(dòng)作一樣是高度的自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)，需要控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜而巧妙地協(xié)調(diào)每個(gè)關(guān)節(jié)上的動(dòng)作。姑且不管這些定義如何，但他們都包含了機(jī)器人的共性：①能模仿人的一些動(dòng)作；②具有一定的智力、感覺(jué)和識(shí)別能力；③是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。 雖然機(jī)器人的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟，但是有關(guān)機(jī)器人的定義卻眾說(shuō)紛紜，美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)給出的定義是：“機(jī)器人是一種可再編程的多功能操作機(jī)，通過(guò)可變的程序流程，以 完成多樣化的任務(wù)”?？v觀半個(gè)世紀(jì)以來(lái)機(jī)器人發(fā)展的歷史，機(jī)器人技術(shù)在需求的牽引下已得到了巨大的發(fā)展。s lives. The objective of this robot is the establishment of a plete race walking environment, so that the robot can achieve stable dynamic walking on the model reliability and practicability are calculated, results confirmed the rationality of the model and order to better see the robot walking speed to enhance the effect, this paper adopts similar to track cycling race game, so in two the robot mutual chase the speed parison shows that the target machine speed effect. In the robot control problem, this paper adopts a differential device to control the movement of the robot, the robot from the two driving wheels of different state of motion to control the robot the sensor to the ground point grey induction, return data, according to the need of automatic steering action control measures in the robot segment installation two sensor, through the two sensor data from the two driving wheels control, to achieve control of robot.