自做六自由度双足步行机器人
(完整版)双足竞步机器人设计与制作技术报告
中国矿业大学徐海学院双足竞步机器人设计与制作技术报告队名：擎天柱班级：电气13-5班成员：郭满意游世豪侯敏锐唐丽丽侯伟俊王胜刘利强杨光题目：双足竞步机器人任课教师：***2015 年12月双足竞步机器人设计与制作任务书班级电气13-5班学号22130263 学生姓名郭满意任务下达日期：2015年10月16 日设计日期：2015 年11 月1 日至2014年12月31日设计题目：双足竞步（窄足）机器人的设计与制作设计主要内容和完成功能：1、双足竞步机器人机械图设计；2、双足竞步机器人结构件加工；3、双足竞步机器人组装；4、双足竞步机器人电气图设计；5、双足竞步机器人控制板安装；6、整机调试7、完成6米的马拉松比赛。
教师签字：摘要合仿人双足机器人控制的机构。
文章首先从机器人整体系统出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。
经过硬件设计、组装；软件设计、编写；整体调试，最终实现外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。
本文介绍一个六个自由度的小型双足机器人的设计、调试与实现。
包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8 芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写 VC 上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。
实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正。
关键词：双足机器人、机械结构目录1 系统概述 (1)2 硬件设计 (2)2.1机械结构 (2)3.2 PC 上位机调试软件设计 (4)4 系统调试 (5)5 结束语 (6)6 参考文献 (7)7 附录 (8)7.1源程序 (8)7.2相关图片 (9)1 系统概述针对项目根据实际拟订目标，结合我们所学知识，从仿人外形和仿人运动功能实现，首先确定了双足双足机器人自由度。
双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足双足机器人最基本的和首要的工作。
双足机器人制作实训报告
一、引言随着科技的发展，机器人技术已经渗透到各个领域，其中双足机器人因其独特的结构和工作方式，在行走、平衡控制、避障等方面具有广泛的应用前景。
为了更好地掌握双足机器人的设计与制作技术，提高动手能力和创新意识，我们小组在指导老师的带领下，开展了双足机器人制作实训。
二、实训目的1. 了解双足机器人的基本原理和结构特点。
2. 掌握双足机器人的设计方法和制作流程。
3. 提高动手能力和创新意识，培养团队协作精神。
4. 通过实训，提高对机器人技术的认识和兴趣。
三、实训内容1. 需求分析：根据实训要求，我们小组对双足机器人的功能和性能进行了详细分析，确定了以下设计目标：- 机器人能够实现基本的行走和平衡控制。
- 机器人具有一定的避障能力。
- 机器人结构简单，便于制作和调试。
2. 方案设计：根据需求分析，我们小组提出了以下设计方案：- 机器人采用双足结构，模拟人类行走方式。
- 机器人采用步进电机作为驱动装置，实现行走和平衡控制。
- 机器人采用Arduino单片机作为控制核心，实现各项功能的协调与控制。
- 机器人采用红外传感器进行避障。
3. 元器件选型：根据设计方案，我们小组选用了以下元器件：- 步进电机：用于驱动机器人的行走和平衡控制。
- Arduino单片机：作为控制核心，实现各项功能的协调与控制。
- 红外传感器：用于检测周围环境，实现避障功能。
- 亚克力板：用于制作机器人的外壳和结构件。
- 伺服电机：用于控制机器人的腿部运动。
4. 制作过程：- 机械结构设计：我们小组使用AutoCAD软件进行了机器人的机械结构设计，包括腿部、躯干、头部等部分。
- 结构件加工：根据设计图纸，我们小组使用激光切割机将亚克力板切割成所需的形状，并进行了打磨和组装。
- 电路设计：我们小组设计了机器人的电路图，包括电机驱动电路、单片机控制电路、传感器电路等。
- 组装与调试：我们将所有元器件按照电路图连接起来，并进行组装和调试，确保机器人能够正常工作。
浅谈简易双足步行机器人的设计
浅谈简易双足步行机器人的设计作者：黄晓霞来源：《农家科技》2019年第02期摘要：双足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。
与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。
双足机器具有更高的灵活性，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。
未来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。
文章主要阐述了双足步行机器人的设计过程，论述了双足步行机器人的硬件设计，完成简易双足步行机器人的设计工作。
关键词：双足机器人;舵机;控制系统一、双足步行机器人自由度双足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计双足步行机器人首要的工作。
它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，所以自由度的配置必须合理。
首先确定双足步行机器人的运动过程和行走步骤：重心右移（先右腿支撑）、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。
双足机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动，要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的。
机器人要达到目标位置，需要转弯时，所以需要有髋关节上的转体自由度。
膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。
这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体、俯仰和偏转自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。
这就共需要配置12个自由度。
髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面（前进方向）内的直线行走功能，髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能，髋关节和踝關节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。
二、确定双足机器人的动力源双足步行机器人要求的精度比较高，交直流电机通电就转，断电就停，很难进行机器人的位置控制，步进电机虽能按一定的精度工作，因其是一个开环系统，精度达不到要求。
双足步行机器人
双足步行机器人产品介绍：双足步行机器人是专业的小型双足机器人。
该款机器人采用宽足版结构体，全身由金属零件构成，具有6个自由度；学生可以轻松组装，并按照自己的想法添加传感器。
腿部采用加长直腿结构，提高行走速度，有利于标准Robocup比赛；脚部采用中空结构，增大摩擦力，并可以加装脚底传感器，可以进行步态检测；该款机器人可以完成标准宽足行走，可以协助用户构建完整的宽足行走模型。
具有最简静平衡步伐方程。
该方程参数由机体尺寸和质量决定。
该款机器人可以完成高难度动作。
如行走、下蹲、倒地、起身、前滚翻、后滚翻等。
加装特种装置可以完成上楼梯、视觉追踪等高难度动作。
该机器人可以作为机器人研究、二次开发的平台，并可参加各类机器人比赛，尤其是Robocup大赛。
特点：1.人形机器人入门平台。
多自由度双腿行走机器人，具有6个自由度。
2.符合ROBOCUP竞赛双足竟步竞赛标准。
3.C语言编程，易懂、易学，无需使用者有多少计算机专业知识。
可用于工程素质训练，可作为一年级大学生认知实训的平台，也可作为非工程专业学生工程素质训练的平台。
4.使用专用下载器，下载更方便。
控制板采用mini USB port,方便随时方便的烧录控制程序。
5.采用14kg扭矩机器人专用伺服舵机，全金属齿轮。
配置清单■套件内容・舵机：KC-M146个・5系铝合金・21路舵机运动控制板・KEIL C软件（CD-ROM）・机器人专用下载器(内含芯片)・Side AA×6电池盒・7.4V-1000mAh Li-Po电池・使用手册／CD-ROM（同内容）・服务反馈卡■机体规格（组装后）・高度：200mm・宽度：115mm・足宽：100mm・重量：约0.8kg■核心驱动电机・机器人专用模拟舵机・扭矩：14kg·cm・尺寸：40.8×20.1×38mm・齿轮：塑料齿・重量：56g・速度：0.12秒/60°■控制板・芯片：STC12C5410AD・高速serial board：115,200bps・低速serial board：1200bps(可无线串口通讯)・可选配遥控器・可添加多种传感器・AD转换输入接口：8路（10bit）・额定电圧：5V・运动控制板尺寸：60×65mm创新实践教学与研究产品主要用于毕业设计、课程设计、电子设计大赛和工程素质训练，可作为一年级大学生认知实训的平台，也可作为非工程专业学生工程素质训练的平台。
综合设计两足步行机器人
方案二的步行特点
设计方案的评价与选择
对于腿部机构的设计，通过对方案一二的综合分析还考虑，建 立了综合评价指标如下：
评价项目
得分等级
评价尺度
目标完成情况F1 行走稳定程度F2
逼真程度F3 复杂程度F4 机构可调性能F5
完全实现功能要求
10
基本实现功能要求
5
部分实现功能要求
2
不能实现功能要求
0
非常稳定
推程采用正弦加速度运动规律，即 s h[( ) 1 sin( 2 )] 0 90
0 2
0
推程角定为90度，那么
s h[( ) 1 sin( 2 )] 90 2 90
0 90
由于大腿需要在抬高的同时小腿伸展过程中保持不动，所以腿 需要在空中停留数秒，故采用了大腿凸轮的的远休止过程，此时
No Image
此过程及为小腿的弯曲过程；
当小腿弯曲一定程度后需要及时伸展着地，以便另一只脚的运动，故
小腿弯曲后凸轮应立即回程，回程角定为90度，故 采用等加速运动规律，即：
六足机器人自由步态规划及运动机理
六足机器人在各领域的应用
军事领域
救援领域
农业领域
其他领域
六足机器人在军事领域具有广泛的应用， 如侦察、探测、排爆等。它们可以在复杂 的地形中行走，适应各种环境，并执行危 险性较高的任务。
在灾难现场，六足机器人可以进入复杂的 地形和狭小的空间中，为救援人员提供信 息、照明和物资等支持。此外，六足机器 人还可以用于搜索和营救被困的人员。
未来的六足机器人将更加注重运动灵活性和适应性，能够 适应各种复杂地形和环境，实现更加灵活和高效的移动。
智能化和自主性
随着人工智能技术的发展，未来的六足机器人将更加智能 化和自主，能够自主进行环境感知、决策和控制，实现更 加智能的移动和操作。
能源效率和持久性
未来的六足机器人将更加注重能源效率和持久性，采用更 加先进的能源管理和优化技术，实现更长时间的使用和运 行。
整。
稳定性
由于六足机器人的运动稳定性受 到多种因素的影响，如地面条件 、负载分布等，因此需要精确的 控制算法和优化策略来保证其稳
定性。
能源效率
六足机器人的能源效率相对较低 ，长时间的运行需要大量的能源 支持，这对于长时间野外作业或
探险等任务来说是一个挑战。
六足机器人未来发展趋势与研究方向
运动灵活性和适应性
六足机器人自由步态规划及 运动机理
2023-11-08
目 录
• 六足机器人概述 • 六足机器人的自由步态规划 • 六足机器人的运动机理 • 六足机器人的控制策略 • 六足机器人的实验与验证 • 六足机器人的未来展望与发展趋势
01
六足机器人概述
六足机器人的定义与特点
定义
六足机器人是一种具有六个足部的机器人，通常由多个连杆 和关节组成，具有类似于昆虫或蜈蚣等六足生物的运动能力 。
六足步行机器人
主控制板在设计之初，就将通用性作为一个重要的目标考虑。六足机器人的主控板不仅可以提供六足的电机控制，还可以成为四足机器人、五自由度机械手的控制主板。MSP430F149定时器的八个PWM输出对于六足机器人来说没有用处，但是对于使用PPM控制口较少的四足机器人（需要八个）和五自由度机械手（需要五个）来说可以直接利用定时器的这种功能，简化编程工作。
图1.1 电机命名分类
之所以给电机命名分类，主要是方便写行走步骤，详细内容请参考第三章。
调整电机的方法是：先卸掉腿电机轴心固定螺钉（见图1.2），然后用十字安装架调整电机轴心角度（见图1.3），可利用直角尺、铅笔等工具保证精度。最后取掉十字安装架、固定好图2.2 中所示螺钉。
臂电机和脚电机的安装误差建议由软件来修正。
关键词：舵机 msp430单片机 行走算法 超声波传感器
Abstract
Six feet robot is based on special roboticconfigurationincluding 18 servo-electro motors.My task is driving it to move, forImust first design thePCB,weld the PCB when it comes back,connectwires to the PCB andprogramme.The robot at last moves smoothly, glidingly, in each directionIwant it to, of its six.Before programming,arithmeticof eight-step is used to push the robot to go forward in one fixed direction.To make it generalization,Iconclude the very arithmetic by which movements of every servo-electromotor can be computed if the number of the direction servo-electromotor is given.The next task is that the robot can move in the direction which is judged as the best one after checking theenvironmentbyultrasonic.Having a pair of eyes, the robot can see where the block is and where it can march over.The main controlling board is all right but it can be better if more steady and reliable, and if more functional parts is added as keyboards and the interface with Boot Strap Loader.Itdeserves to do further research at the moving measure-control plat of six feet robot on the use of sensors as ultrasonic,compassmodules.It is useful to develop the technologies of image management and remote info-transmission at the plat, too.Themeasure-control plat of six feet robot is widely used in measuringweather, doing special tasks, and as anassistantin house.
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
小型舞蹈双足机器人的设计及实现引言随着科技的不断发展，机器人技术在各个领域得到了广泛的应用，其中机器人舞蹈已经成为了一种时尚和艺术表现。
在这个背景下，设计并制作一款小型舞蹈双足机器人成为了一个新的挑战和机遇。
本文将从设计的角度，详细介绍小型舞蹈双足机器人的设计及实现过程。
一、需求分析在设计小型舞蹈双足机器人之前，我们首先需要明确这款机器人的应用场景以及功能需求。
具体来说，小型舞蹈双足机器人需要具备以下功能和特点：1.双足行走：机器人需要能够通过双足行走的方式在平地上进行移动。
2.舞蹈表演：机器人需要能够执行各种舞蹈动作，包括转身、跳跃、摆臂等。
3.稳定性：机器人在进行舞蹈表演时需要保持稳定，不易倒地或者失去平衡。
4.远程控制：机器人需要能够通过无线遥控器或者APP进行远程控制。
5.动作自由度：机器人需要具备足够的关节自由度，以便实现各种复杂的舞蹈动作。
二、机械结构设计基于以上的功能需求，我们进行了小型舞蹈双足机器人的机械结构设计。
机械结构设计主要包括机器人的身体结构、关节设计以及驱动设计。
1.身体结构：为了保证机器人具备足够的稳定性，我们采用了双足设计，并在双足之间设置了一个重心平衡器。
重心平衡器可以根据机器人的姿态动态调整，以保持机器人的稳定性。
2.关节设计：机器人的关节设计是机械结构设计中的关键部分。
我们采用了多自由度的关节设计，包括膝关节、髋关节、踝关节等。
这些关节可以使机器人具备足够的灵活性，可以执行各种舞蹈动作。
3.驱动设计：为了保证机器人的动作自由度，我们采用了多电机驱动设计。
每个关节都配备了独立的电机，可以实现各种舞蹈动作的执行。
三、控制系统设计控制系统设计是小型舞蹈双足机器人设计中的另一个关键部分。
控制系统设计包括姿态控制、运动规划以及远程控制等。
1.姿态控制：为了保证机器人在舞蹈表演过程中保持稳定，我们采用了倒立摆控制算法。
通过倒立摆控制算法，可以实时调整机器人的姿态，保持其平衡。
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自制六自由度双足机器人
一、制作六自由度双足机器人步骤：
1、确定舵机：舵机的好坏直接影响机器人的效果；
2、自制舵机后盖：它是连接舵机和U型架的重要组成部件；（买一
个标准的舵机后盖是最好不过，但你的动手能力
和思考问题解决问题的能力就没有提高，因此我
选择自制一个舵机后盖）
①选择铁皮为制作材料；
②测量舵机尺寸，截取合适铁皮条（尺寸为20mm*116mm）；
③折弯，注意左右对称；
④确定固定用定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔；
⑤打固定用螺丝孔（使用3mm钻头）；
⑥确定舵机输出同轴定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔；
⑦打舵机输出同轴螺丝孔（使用3mm钻头）；
⑧打舵机后盖过线孔（6mm*8mm）；
注：脚上的舵机后盖比较特殊，要考虑它要和脚底板相连，我的解决方法是在上述舵机后盖的基础上，增加宽度，并折弯，打孔，同脚底板相连。
3、自制U型架：在双足机器人中，舵机相当于人的关节，那U型架
就是人的骨骼。
U型架的制作：（以下是我的设计，
可根据具体需求，自行设计尺寸）
①选择铝合金板（厚度一般为1.5mm）；
②将铝合金板切成细条（尺寸为20mm*116mm）；
③折弯，注意左右高度相等；
④打定位孔（使用1mm钻头），注意孔的位置以U型架的“U”
字底为基准；
⑤打螺丝孔（使用3mm钻头）；
⑥磨削加工。
4、自制脚底板：脚底板的设计可以多种多样，但要保证一点，即机
器人抬脚走路时，要保证重心用你设计的脚底板可
以承受得住。
5、自制机器人腰部：其实就是连接两条腿的部件，长宽是根据设计
的脚底板的大小确定的。
二、需要注意的问题：
1、机器人左右质量要保证尽量一致，否则走路会有偏差。
2、制作部件时，要注意基准。
三、软件编程：
软件编程，主要是靠控制舵机旋转不同的角度。