【正文】 行展開分析，得出兩種不同運動情況下各自的步行穩(wěn)定判斷條件，隨后研究了雙足機器人穩(wěn)定步行的條件，為后面章節(jié)的步態(tài)規(guī)劃和步態(tài)優(yōu)化及實驗奠定基礎(chǔ)。ZMP越靠近支撐域的中心，機器人的動態(tài)穩(wěn)定性越好，當ZMP與支撐域中心重合，機器人步行穩(wěn)定裕度最大，抗顛覆能力最強，ZMP位置可以通過控制關(guān)節(jié)力矩的方法進行間接控制。毫無疑問，動態(tài)步行的驅(qū)動力矩比靜態(tài)步行的驅(qū)動力矩要小，而且可以實現(xiàn)高速行走。 2．等效力與地面的交點P(XZMP,YZMP,0)，始終位于支撐域內(nèi)，即lab≤XZMP≤lafwr≤YZMP≤wl （）以保證機器人在步行中不會繞x軸傾覆，式中乙為后腳掌的長度，0為前腳掌的長度，彬為腳掌內(nèi)側(cè)的寬度，w，為腳掌外側(cè)的寬度。在兩足機器人的動態(tài)行走過程中，即使重心滿足靜態(tài)穩(wěn)定條件而ZMP在穩(wěn)定區(qū)域之外，整個雙足機器人系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的，在其運動控制中需要充分考慮慣性力的影響，始終保持系統(tǒng)的動力學平衡關(guān)系。動態(tài)行走的速度快，機器人處于動平衡狀態(tài)，即動態(tài)行走不要求重心COG始終位于支撐面內(nèi)，而是要求零力矩點ZMP始終位于支撐面內(nèi)。式(2．10)中：mi—各部分的質(zhì)量；Xi，Yi，Zi—各部分的質(zhì)心，本項目中為虛擬桿件i的質(zhì)心。此時，Zi=Xi=Yi=0，則ZMP點坐標變?yōu)椋篨ZMP=XC=i=1nmiXii=1nmi，YZMP=YC=i=1nmiYii=1nmi ()式(2．10)中：XC，YC——雙足機器人質(zhì)心的坐標，即雙足機器人的質(zhì)心即為ZMP點。擺動腿著地時腳掌和地面的相對速度可看作近似為零，不發(fā)生碰撞，且行走過程中損失的能量很小，因而在連續(xù)行走中對其運動控制不考慮慣性力的影響。靜態(tài)行走是指在行走過程的任意瞬間，機器人都處于靜平衡狀態(tài)，即重心在地面的投影始終處于支撐面內(nèi)。為了將ZMP的性質(zhì)運用于動態(tài)步行的步態(tài)分析與設(shè)計中，首先得分析ZMP與步態(tài)軌跡之間的聯(lián)系。機器人行走時支撐腳與地面的接觸面為支撐面，雙腳支撐面為兩腳所構(gòu)成的凸多邊形的面積。對于一個給定步態(tài)，如果其在雙足步行機器人上是可復現(xiàn)的，則稱這一步態(tài)是穩(wěn)定的；反之，則稱這一步態(tài)是不穩(wěn)定的。ZMP概念的引入，為雙足機器人的動態(tài)步行運動分析和規(guī)劃提供了一個重要的依據(jù)。2．ZMP指重力和慣性力的合力在地面上的投影，在這一點上合力矩為零。零力矩點(zero．moment point，縮寫為ZMP)有關(guān)雙足機器人各部位動態(tài)控制的概念，它首先由南斯拉夫?qū)W者Miomir．Vukobratovic在1968年1月莫斯科第三屆理論與應(yīng)用力學全聯(lián)盟代表大會上提出，在他后來的研究工作中和發(fā)表的論文中，Miomir．Vukobratovic等人致力于ZMP的研究工作，1972年，Vukobratoviche Stepanenko在一篇關(guān)于雙足機器人控制的論文開頭定義了零力矩點。靜態(tài)穩(wěn)定性只有在機器人運動非常緩慢時才適用，大多數(shù)情況，機器人運動具有一定的速度，需考慮它的動態(tài)穩(wěn)定性。雙足機器人步態(tài)研究的重點就在于如何維持支撐腳與地面的相對瞬時固定，使機器人的運動過程中保持穩(wěn)定步行而不發(fā)生翻倒或滑倒。當θ1較小的時候，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。由上圖可以看出，仿人二足步行機器人爬樓梯行走機構(gòu)髖關(guān)節(jié)向上旋轉(zhuǎn)了θh角度的時候，其中大腿在Y軸方向提升高度，仿人二足步行機器人爬樓梯行走機構(gòu)大腿Y方向提升高度可以通過下圖計算:根據(jù)圖中所示，得到計算的表達式子：H=R1cosθacosθh 所以可以確定的是髖關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)θh角度時候在Z軸的方向上提升高度的函數(shù)關(guān)系。 因本文所述的仿人二足步行機器人爬樓梯行走機構(gòu)設(shè)計目標是實現(xiàn)爬樓梯功能，鑒于機器人行走場地具有良好的環(huán)境，在不影響機器人主要功能的前提下做出如下設(shè)定：(1)機器人在行走過程中處于靜力學平衡的狀態(tài)，即機器人行走方式為靜態(tài)步行； (2)由于樓梯的臺階具有較為良好的水平性，我們設(shè)定機器人腳底面相對于臺階表面始終保持平行狀態(tài)； (3)設(shè)定機器人以直線狀態(tài)行走；(4)機器人在直線行走過程中，髖關(guān)節(jié)相對于地面的高度始終保持不變； (5)由于本機器人左右腿的關(guān)節(jié)的對稱性，在以后的討論中僅考慮右腿的運動情況，左腿的情況與右腿類似。步速：是衡量機器人步行能力的一個重要指標，是指機器人單位時間內(nèi)相對步行環(huán)境所移動的距離。 步行周期：是指機器人周期性行走過程中，同一只腳順序兩次著地所用的時間。 步距：在步行運動中，機器人左右腳落地位置間的縱向距離。步態(tài)：在步行運動過程中，機器人各關(guān)節(jié)運動在時序和空間上的一種協(xié)調(diào)關(guān)系以及機器人相對環(huán)境的時空關(guān)系。仿人機器人步態(tài)規(guī)劃不僅取決于地面條件、下肢結(jié)構(gòu)、控制的難易程度，而且必須滿足運動平穩(wěn)性、速度、機動性和功率等要求。沒有行走步態(tài)的規(guī)劃，兩足機器人最基本的步行功能也就無從實現(xiàn)，就失去了兩足步行機器人靈活性、適應(yīng)能力強等優(yōu)勢。合理的步態(tài)規(guī)劃是機器人穩(wěn)定步行的基礎(chǔ)。，并用CATIA軟件進行機構(gòu)行走仿真，動態(tài)模擬分析。 本設(shè)計主要通過分析仿人二足步行機器人爬樓梯行走機構(gòu)步態(tài)運動，結(jié)合高等代數(shù)、機械原理等相關(guān)知識以及利用互聯(lián)網(wǎng)資源對仿人二足步行機器人爬樓梯行走機構(gòu)進行合理的分析與設(shè)計。 面向社會應(yīng)用需求，基于機械創(chuàng)新設(shè)計課程的課題要求，根據(jù)之前學習到的機械原理等知識，力求推動大學生設(shè)計創(chuàng)新能力，提高機器人應(yīng)用實際的實際操控力，達到我們機械創(chuàng)新設(shè)計的目的。 THBIPI 綜上所述，國外在這方面的研究已經(jīng)有100多年的歷史了，成果較多，但是大多都結(jié)構(gòu)復雜，造價昂貴，遠遠超出人民的經(jīng)濟承受能力。THBIPI 共32個自由度。重80千克，具有32個自由度，步速1千米/時，步距33厘米；能根據(jù)自身的平衡狀態(tài)和地面高度變化，實現(xiàn)未知路面的穩(wěn)定行走。 哈爾濱工業(yè)大學自19852000年研制出雙足步行機器人：HITI、HITII和HITIII，HITIII實現(xiàn) 了步距200毫米的靜態(tài)/動態(tài)步行，能夠完成前/后、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上 /下臺階及上斜坡等動作。 SDR4X機器人國內(nèi)在兩足步行機器人領(lǐng)域的研究起步較晚，長沙國防科技大學于2000年11月研制出我國首臺兩足步行機器人—先行者。若主人通過其內(nèi)置的軟件系統(tǒng)與電腦連接。機器人可以與電腦相連接并獲取同步數(shù)據(jù)，識別眾多詞匯。除此之外，SDR4X身上還安裝了帶有記憶功能的交流和運動控 制系統(tǒng)。另外，SDR4X的積CCD彩色攝像頭可進行影像識別，如判定目標方位，確定接近目標的路線。通過姿勢平衡系統(tǒng)抵御外界壓迫，能根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整運動步伐。 由于安裝了多種傳感系統(tǒng)、行為控制軟件以及靈活的機械行走裝置，牽引其每個關(guān)節(jié)的小型執(zhí)行器 的功能均得到改進。該機器人