双足智能机器人的设计与实现
双足竞步机器人控制系统设计与实现
双足竞步机器人控制系统设计与实现感知模块主要包括视觉传感器、力觉传感器、陀螺仪等。
视觉传感器用于获取机器人周围环境的图像信息，力觉传感器用于感知机器人与环境之间的力，陀螺仪用于感知机器人的姿态和角速度。
感知模块将获取到的信息传输给决策模块进行处理。
决策模块主要包括步态规划、姿态控制等。
步态规划根据机器人所处的环境和任务要求，确定机器人的行走步态。
姿态控制根据机器人的姿态信息，控制机器人的身体动作。
决策模块将计算得到的决策传输给执行模块。
执行模块主要包括运动控制器和执行器。
运动控制器根据决策模块的指令，控制执行器的运动。
执行器是机器人的关节执行机构，通过控制关节的旋转，使机器人能够执行相应的动作。
在双足竞步机器人的控制系统中，需要考虑的问题有很多。
首先，需要考虑如何将感知模块获取到的信息进行融合，从而得到准确的环境状态。
其次，需要设计合理的步态规划算法，确保机器人能够平稳地行走。
同时，需要实时调整机器人的姿态，以适应不同的运动要求。
最后，需要保证控制系统的稳定性和鲁棒性，避免系统因外界干扰而产生故障。
为了验证双足竞步机器人控制系统的设计与实现，可以设计实验，并对实验结果进行分析。
可以通过不同的环境和任务场景，测试双足竞步机器人的行走能力和稳定性。
实验中可以使用运动捕捉系统对机器人的运动进行跟踪，并对机器人的步态和姿态进行分析。
总之，双足竞步机器人控制系统设计与实现需要综合考虑感知、决策和执行等方面的问题。
通过合理的系统设计和实验验证，可以实现双足竞步机器人的准确控制和稳定运动。
(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。
双足竞步机器人设计与制作技术报告
双足竞步机器人设计与制作技术报告摘要本报告介绍了双足竞步机器人的设计与制作技术。
首先介绍了双足竞步机器人的背景和应用领域，然后详细讲解了机器人的整体设计思路和关键技术，包括步行算法、动力系统、传感器系统等。
接着介绍了机器人的制作过程和各个部件的选材与制作方法。
最后，对该机器人进行了实验验证和性能评估，并提出了进一步的改进方向。
关键词：双足竞步机器人、设计、制作、技术、步行算法一、引言双足竞步机器人作为一种仿生机器人，可以模拟人类的步行方式，具有广泛的应用前景。
本报告旨在介绍双足竞步机器人的设计与制作技术，为相关领域的研究人员提供借鉴和参考。
二、双足竞步机器人的背景和应用领域双足竞步机器人是一种类似于人类的步行机器人，可以进行类似于人类的步行运动。
由于其具有良好的稳定性和灵活性，因此在许多领域有着广泛的应用前景，如医疗康复、工业生产等。
三、双足竞步机器人的整体设计思路双足竞步机器人的整体设计思路包括步行算法的设计、动力系统的设计和传感器系统的设计等。
步行算法是机器人实现类似于人类步行的关键，通过对人类步行的分析和建模，设计出合适的算法来控制机器人的步伐和平衡。
动力系统是机器人的运动能力的基础，需要选用合适的电机和驱动器来提供足够的动力。
传感器系统用于获取机器人周围环境的信息，需要选用合适的传感器并设计相应的信号处理算法。
四、双足竞步机器人的制作过程双足竞步机器人的制作过程包括选材和制作各个部件、装配和调试等步骤。
选材需要根据机器人的要求选择合适的材料，如轻量化的材料和具有良好刚度的材料。
制作部件需要基于设计图纸进行加工和制造，包括框架、关节和传动装置等。
最后进行装配和调试，确保机器人能够正常运行。
五、双足竞步机器人的实验验证和性能评估对于双足竞步机器人的实验验证和性能评估可以通过搭建仿真平台或实际制作机器人来进行。
通过与人类的步行进行对比，评估机器人的步态和平衡性能。
同时还可以测试机器人在不同地形和环境下的稳定性和适应性。
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近些年来，随着机器人技术的不断发展，小型舞蹈双足机器人逐渐成为开发的热点。
小型舞蹈双足机器人可以模拟人类的行走、跳跃等动作，具有很大的应用潜力。
本文将介绍小型舞蹈双足机器人的设计及实现过程。
一、需求分析本次设计主要是针对一款小型舞蹈双足机器人的研发。
从用户需求出发，我们需要进行以下分析：使用场景：以舞蹈表演为主要使用场景，但在轻松、互动的活动中也可出现。
动作需求：需要具有基本的行走、跑步和转弯等动作，并能完成更高难度的舞蹈动作。
外观设计：需要具有较强的观赏性，符合人们的审美需求，且容易接受。
系统架构：需要具备完整的控制系统，包括控制芯片、应用程序等组件。
二、设计方案1.机械结构设计机械结构设计是小型舞蹈双足机器人的基础。
根据需求分析，机械结构应该具有以下特点：轻巧：机械结构应该尽量轻量化，方便机器人完成更为复杂的舞蹈动作。
稳定：机械结构应该具有较好的稳定性，能够保证机器人在动作时不容易翻倒或者失衡。
可调节：机械结构需要具备一定程度的可调节性，以适应不同舞蹈动作的需求。
基于以上特点，我们采用了模块化的机械结构设计方案，每个模块可以拆卸和汇聚，可以根据需要进行轻松的拼装和更换。
机器人采用轻巧的材质制作，整机重量不超过3公斤，可完成基本的舞蹈动作。
2.控制系统设计控制系统是小型舞蹈双足机器人的核心。
控制系统需要具备以下特点：高精度：机器人需要实时的控制和反馈，以保证舞蹈动作的精度。
稳定：控制系统需要具备较好的稳定性，避免机器人因控制失误而出现异常。
可扩展：控制系统需要具有一定的扩展性，以便于后期的升级和维护。
基于以上特点，我们采用了基于Arduino控制芯片的控制系统设计方案。
该控制系统以多传感器为基础，可以实时的获取机器人的姿态、位移等信息，并通过程序对机器人进行控制，完成一系列动作的实现。
三、实现过程根据设计方案中的机械结构设计方案，我们可以制作出相应的机械部件，并进行拼装和测试。
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
导言
随着科技的不断发展，机器人已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
在舞蹈领域，
机器人也开始发挥重要的作用，可以通过编程和控制实现各种舞蹈动作。
本文将设计和实
现一个小型舞蹈双足机器人，通过结合机械结构设计、电子控制系统和编程算法，实现机
器人的舞蹈动作。
一、机器人的设计
1. 机械结构设计
机器人的机械结构设计是实现舞蹈动作的基础。
我们设计一种双足机器人，可以在平
稳的地面上进行舞蹈动作。
机器人的双足结构采用轻量、坚固的材料制作，同时保证机器
人的平衡性和稳定性。
双足机器人的关节部分采用柔性材料设计，可以实现多种舞蹈动作。
双足机器人的步态设计要符合舞蹈的节奏和韵律，能够实现舞蹈动作的美感和流畅度。
2. 电子控制系统设计
机器人的电子控制系统是实现舞蹈动作的关键。
我们设计一种基于脉冲宽度调制（PWM）的双足机器人控制系统，可以实现机器人的步态控制和舞蹈动作的编程控制。
控制系统采
用微处理器作为核心控制单元，可以实现舞蹈动作的实时控制和优化调整。
控制系统还需
要包括传感器模块，能够实时监测机器人的姿态和环境信息，保证机器人的稳定性和安全性。
3. 编程算法设计
机器人的舞蹈动作是通过编程算法进行控制和实现的。
我们设计一种基于动作规划和
运动控制的编程算法，可以实现机器人舞蹈动作的优化和实时调整。
编程算法需要考虑机
器人的动力学特性和机械结构特点，能够有效控制机器人的步态和姿态，实现各种舞蹈动作。
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随着科技的发展，机器人在现代社会扮演着越来越重要的角色。
舞蹈机器人作为人工智能领域的一项重要研究课题，具有很高的应用价值和研究意义。
本文将介绍一个小型舞蹈双足机器人的设计及实现。
我们需要确定机器人的外形和尺寸。
考虑到实用性和可行性，我们选择设计一个小型舞蹈双足机器人。
机器人的身高约为30厘米，重量约为1千克，这样既方便携带又容易控制。
接下来，我们需要确定机器人的机械结构。
双足机器人的机械结构主要包括机身、双足和关节。
机身可以采用一种轻质材料制作，如碳纤维，以提高机器人的灵活性和稳定性。
双足可以使用橡胶或塑料材料制作，以增加机器人在舞蹈中的灵活性和摆动范围。
关节可以采用电机和齿轮传动结构设计，使机器人的动作更加精确和流畅。
然后，我们需要确定机器人的动力系统。
机器人的动力系统主要包括电源和电机。
电源可以选择锂电池或可充电电池，以提供足够的电能支持机器人的运动。
电机可以选择直流电机或步进电机，根据需要选择合适的电机类型并将其安装在机器人的关节部位。
接下来，我们需要确定机器人的传感器系统。
传感器系统可以用于检测机器人的自身状态和环境变化。
通过加速度传感器和陀螺仪可以检测机器人的倾斜角度和转动速度；通过距离传感器可以检测机器人与障碍物的距离。
传感器的数据可以用于控制机器人的运动和调整机器人的姿态。
我们需要确定机器人的控制系统。
控制系统可以包括硬件和软件两个部分。
硬件部分主要包括控制电路和接口电路，用于接收传感器数据和控制电机的运动。
软件部分主要包括机器人的控制算法和编程代码，用于控制机器人的运动和舞蹈动作。
在实际实现过程中，可以使用开源硬件平台如Arduino或Raspberry Pi来搭建机器人的控制系统。
通过编写相应的代码，实现机器人的舞蹈动作控制。
还可以利用三维建模软件和机器人仿真软件进行机器人的设计和预演。
设计和实现一个小型舞蹈双足机器人涉及到机械结构设计、动力系统选择、传感器系统设计和控制系统的建立。
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随着科技的发展，人工智能领域的研究越来越受到人们的关注。
在机器人领域，双足机器人一直备受瞩目，因为它们能够模仿人类的步行方式，并且具有较强的灵活性和稳定性。
在本文中，我们将讨论小型舞蹈双足机器人的设计及实现，探索其在娱乐、教育和科研领域的应用前景。
设计理念小型舞蹈双足机器人的设计理念是基于人类舞蹈的动作，通过对人类舞蹈动作的模仿，实现机器人的舞蹈表演。
这不仅需要机器人具备良好的平衡能力和运动学控制能力，还需要具备较强的舞蹈表现力。
机器人的设计需要考虑以下几个方面：1. 传感器系统：双足机器人需要装备多种传感器，如力觉传感器、惯性传感器和视觉传感器，以便能够感知周围环境和实现自身的平衡控制。
2. 动作规划：机器人需要具备良好的动作规划能力，能够根据舞蹈的音乐节奏和节拍，生成相应的舞蹈动作序列。
4. 舞蹈表现力：机器人的外形设计和舞蹈动作需要具有一定的艺术性和表现力，以便能够吸引观众的注意力。
实现方法为了实现小型舞蹈双足机器人的设计理念，我们可以采用以下具体的实现方法：1. 结构设计：需要设计出合适的机器人结构，包括骨架结构、传动机构和外部装甲。
在结构设计中，需要考虑机器人的重量、稳定性和舞蹈表现力。
3. 控制系统：机器人的控制系统需要集成运动规划、运动学控制和传感器数据处理等多种功能，以实现机器人舞蹈动作的精确控制。
4. 舞蹈动作生成：通过对人类舞蹈动作的分析和建模，可以生成机器人舞蹈动作的序列。
这一过程需要考虑节奏和音乐的影响，以保证舞蹈动作与音乐相匹配。
应用前景小型舞蹈双足机器人具有广阔的应用前景，可以在娱乐、教育和科研领域发挥重要作用。
1. 娱乐应用：小型舞蹈双足机器人可以用于舞蹈表演，成为各种娱乐节目的表演嘉宾，为观众带来新奇的视听享受。
2. 教育应用：通过机器人舞蹈表演，可以吸引孩子们对科学和技术产生兴趣，激发他们学习的热情，促进科学素养的提高。
3. 科研应用：小型舞蹈双足机器人具有独特的动作规划和运动控制特性，可以为人类行为学和运动控制的研究提供新的实验平台和研究对象。
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一、设计目标小型舞蹈双足机器人的设计目标是实现优雅、灵动的舞蹈动作。
通过机器人的动作表达，让观众感受到机器人的舞蹈艺术，并与观众产生共鸣。
二、系统架构小型舞蹈双足机器人的系统架构主要包括硬件系统和软件系统两部分。
硬件系统：1. 双足机器人的身体结构，由头部、颈部、躯干、双臂和双腿构成。
身体结构要求轻巧、均衡，以便机器人能够完成各种舞蹈动作。
2. 传感器模块，包括陀螺仪、加速度计等，用于检测机器人的姿态和运动状态。
3. 动力系统，由电机、减速器等组成，实现机器人的运动驱动。
软件系统：1. 运动规划算法，通过分析舞蹈动作的细节，确定机器人的运动轨迹和姿态变化。
2. 实时控制系统，通过控制机器人的动力系统，实现舞蹈动作的执行。
3. 编程界面，提供给用户进行编程，实现自定义的舞蹈动作。
三、关键技术小型舞蹈双足机器人的实现需要解决一些关键技术问题：1. 动作分析与规划根据舞蹈动作的特征和要求，分析舞蹈动作的细节，确定机器人的运动轨迹和姿态变化。
2. 运动控制与同步根据运动规划的结果，通过实时控制系统控制机器人的动力系统，实现舞蹈动作的执行。
需要保证机器人的双足运动的同步性，使机器人的舞蹈动作更加协调。
3. 传感器数据融合通过陀螺仪、加速度计等传感器获取机器人的姿态和运动状态数据，并对数据进行融合处理，以提供给运动控制系统进行实时控制。
4. 用户编程界面舞蹈机器人需要提供给用户一个直观、友好的编程界面，使用户可以根据需要自定义舞蹈动作，并将编程结果上传给机器人进行执行。
四、实现方法小型舞蹈双足机器人的实现方法主要包括以下几个步骤：1. 设计机器人的身体结构，包括头部、颈部、躯干、双臂和双腿等。
根据设计目标，选择轻巧、均衡的材料和结构，使机器人能够完成各种舞蹈动作。
2. 设计传感器模块，包括陀螺仪、加速度计等。
选择合适的传感器，安装在机器人的身体各个部位，以检测机器人的姿态和运动状态。
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1 引言机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。
对于步行机器人来说，它只需要模仿人在特殊情况下(平地或己知障碍物)完成步行动作，这个条件虽然可以使机器人的骨骼机构大大降低和简化，但也不是说这个系统就不复杂了，其步行动作一样是高度自动化的运动，需要控制机构进行复杂而巧妙地协调各个关节上的动作。
双足机器人的研究工作开始于上世纪60年代末，只有三十多年的历史，然而成绩斐然。
如今已成为机器人领域主要研究方向之一。
最早在1968年，英国的Mosher．R 试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人[1]，揭开了双足机器人研究的序幕。
该机器人只有踝和髋两个关节，操纵者靠力反馈感觉来保持机器人平衡。
1968~1969年间，南斯拉夫的M.Vukobratovic提出了一种重要的研究双足机器人的理论方法，并研制出全世界第一台真正的双足机器人。
双足机器人的研制成功，促进了康复机器人的研制。
随后，牛津大学的Witt等人也制造了一个双足步行机器人，当时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计使用的辅助行走装置。
这款机器人在平地上走得很好，步速达0.23米/秒。
日本加藤一郎教授于1986年研制出WL－12型双足机器人。
该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动,在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1.3秒，步幅30厘米的平地动态步行。
法国Poitiers大学力学实验室和国立信息与自动化研究所INRIA机构共同开发了一种具有15个自由度的双足步行机器人BIP2000，其目的是建立一整套具有适应未知条件行走的双足机器人系统。
它们采用分层递解控制结构，使双足机器人实现站立、行走、爬坡和上下楼梯等。
此外，英国、苏联、南斯拉夫、加拿大、意大利、德国、韩国等国家，许多学者在行走机器人方面也做出了许多工作。
国内双足机器人的研制工作起步较晚。
1985年以来，相继有几所高校进行了这方面的研究并取得了一定的成果。
哈尔滨工业大学自1985年开始研制双足步行机器人，迄今为止已经完成了三个型号的研制工作。
其中HIT－Ⅲ为12个自由度，实现了静态步行和动态步行，能够完成前／后行、侧行、转弯、上下台阶及上斜坡等动作。
目前，该校正致力于功能齐全的双足机器人HIT－Ⅳ的研制工作，新机器人包括行走机构、上身及髋部执行机构，初步设定32个自由度。
国防科技大学也进行了这方面的研究。
在1989年研制成功了一台双足行走机器人，这台机器人具有10个自由度，能完成静态步行和动态步行。
国防科技大学还将工业机器人的轨迹示教方法用到了两足步行机器人的步态规划中，形成了步行机器人的步态示教规划技术。
值得一提的是，北京理工大学研制成功我国首例拟人机器人BRH-01，该机器人身高1.58米，体重76公斤，具有32个自由度，每小时能够行走1公里，步幅0.33米。
除了能打太极拳，这个机器人还会腾空行走，并能根据自身的平衡状态和地面高度变化，实现未知路面的稳定行走。
它在系统集成、步态规划和控制系统等方面实现了重大突破，标志着我国双足机器人研究已经跨入世界先进行列。
国内其它院校如清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等高等院校也在近几年投入了相当的人力、物力，进行智能双足机器人的研制工作。
我校也开始了这方面的研究工作，不过我们的工作处于研究的初级阶段。
为了促进机器人技术在我国的发展，全国各地尤其是部分高校举办了各种类型的机器人大赛。
中国机器人大赛是由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会和科技部高技术研究发展中心主办的一个全国性的赛事。
其中最为引人瞩目的舞蹈机器人项目，足球机器人项目就是为了促进双足步行机器人的发展而设立的。
由于步行机器人的实现目前还存在很多技术难题，前几届全国机器人大赛基本上是以轮式机器人为主，步行机器人参赛才被列入议程不久。
由此可见，双足步行机器人的发展还有一段很长的路要走。
研制双足步行机器人的重要内容是对其进行建模分析、步态规划、控制分析等。
基于上述原因，本课题拟进行双足步行机器人的基本设计与研究，研制具有高度稳定性的双足步行机器人平台，为研究得后续工作和进一步的拟人机器人研制奠定基础，所设计的机器人以ATmega1280单片机微控制器为核心技术芯片，完成行走、下蹲、倒地、起身、前滚翻、后滚翻等简单动作，同时通过一些必要的传感器组件完成其对前方道路情况的探测和判断,以达到避障效果。
2 双足智能机器人总体分析要设计和开发一个步行机器人，首先应该对其进行总体分析和设计，确定步行机器人的功能、基本结构和系统配置等。
2.1 功能定位这款机器人不仅能够满足实验室科研的需要，而且应该是一款很适合学生参与、研究、学习的机器人，能够满足互相学习的需要。
现在希望制作出一个成本相对较低的机器人，研制双足步行机器人能够满足这方面的要求。
基于上面几点的考虑，决定开发一款双足智能机器人，首先使其能够完成一些基本动作，既开始时先走3步、立正、然后卧下（身体向前）、向前翻跟斗3次，再起立、向前走3步、立正、然后卧下（身体向后）、再向后翻跟斗2次、再起立、然后以轻快步履走向终点、要在指定5分钟或少于指定时间内完成所有动作，及要走到终点，同时要求其对前方道路情况的探测和判断，用以避障。
2.2 自由度的配置机器人可以有很多不同类型的关节，有线性的、旋转的、滑动的或球铰链型的。
人体的髋关节和踝关节类似小运动范围的球关节，能够使人灵活行走，实现前后左右拐弯等行走动作，方向灵活，但需要控制的自由度多、难度大，所以在机器人结构中不常用。
但是单纯用旋转关节来实现多自由度的设计势必给空间布置和安装增加了难度，而且同时又考虑到关节驱动件驱动能力、运动效率和设计成本，以及设计审美性等因素。
该双足智能机器人设计的目的是要实现拟人下肢多自由度得平稳行走，在实现这个功能的前提下为降低设计的难度，我们按照目前世界上各研究机构普通采用的下肢10个自由度的关节配置形式，来实现行走功能所必须的各关节自由度分布，具体自由度配置为单腿髋关节2个，膝关节1个，踝关节2个。
髋关节用于摆动腿，实现迈步，并起到了辅助平衡作用。
膝关节主要用来调节重心的高度，及改变摆动腿的着地高度，使之与地形相适应。
踝关节用来和髋关节相配合实现支撑腿的移动，以及调整与地面的接触状态。
基于郑元芳博士的理论，来规划自己所要设计的双足机器人的自由度。
为了实现这款双足步行机器人的稳步行走，可以规划其运动过程，假设机器人行走步骤：先走3步，立正，然后卧下，向前翻跟斗3次，再起立，向前走3步，立正，然后卧下（身体向后），再向后翻跟斗2次，再起立，然后走向终点,遇到障碍物，能向左拐。
则从机器人步行步骤可以看出：机器人向前迈步，髋关节的前向旋转自由度起作用，同时配合踝关节可实现支撑腿的移动；这样，所设计的双足步行机器人有10个个自由度，每条腿5个自由度，即踝关节有2个自由度，膝关节有1个自由度，髋关节有2个自由度，包括前向、后向自由度。
其结构图见下图1。
图1自由度的分配踝关节和髋关节采用十字交叉结构。
十字交叉关节又叫万向联轴节，常用于汽车方向盘底盘转向机构，可以实现互相垂直方向的两个自由度运动，这种机构可以减少关节耦合程度和非线性。
研究表明：至少要有髋、膝、踝这三个关节，双足稳定行走才能成为可能。
髋、膝、踝关节对于稳定有效的行走来说是不可少的。
髋关节用于摆动腿，实现迈步并使上躯体前倾或者后仰，使之在步行过程中起辅助平衡作用。
膝关节主要用来调整重心的高度、并用来调整摆动腿的着地高度，使之与地形相适应。
踝关节和步行功能有关，它用来和髋关节相配合实现支撑腿和上躯体的移动，而且还可以调整脚掌与地面的接触状态。
如果踝关节被固定，将会缺乏与地面触觉感知的能力，前后向稳定性很差。
2.3系统结构设计根据确定的自由度配置方案以及选用的微型伺服马达、传感器、控制板，设计机器人的零件。
本着结构简单、尽量采用通用零件、外形美观等原则，对机器人的机构及外观进行优化。
2.3.1 布置对称性本文设计的机器人机构,其主要特点有以下几点：(1) 步行运动中普遍存在结构对称性。
Goldberg[3]等人研究了步行运动中的对称性，发现机身运动的对称性和腿机构的对称性之间存在相互关系。
在单足支撑阶段，对称性的机身运动要求腿部机构也是对称的；在双足支撑阶段，机身对称性运动未必需要腿部机构的对称性，除非有额外的约束条件。
根据这一点，我们在结构设计时也采用对称性布置。
(2) 框架的设计有效地利用了舵机的尺寸大小，并使舵机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。
(3) 采用多关节型结构。
行走机构能实现平地前后、平地侧行、转弯、上下台阶等功能。
(4) 整个结构采用1mm的铝合金(LY12)钣金材料。
(5) 由于机器人的各关节是用舵机驱动为了减小机器人的体积、减轻重量,机器人的结构做成是框架型的。
框架的设计有效地利用了舵机的尺寸大小,并使舵机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。
实物图见下图2所示。
图2 狭窄足双足机器人机械结构简图2.3.2 驱动方案的选择实现行走的基本问题是对机器人各关节位置、速度的伺服控制和协调控制。
如果把连杆以及关节想象为机器人的骨骼，那么驱动器就起到肌肉的作用，它通过移动或转动连杆来改变机器人的构型。
驱动器必须有足够的功率对负载加速或者减速。
同时，启动器本身要精确、灵敏、轻便、经济、使用方便可靠且易于维护。
目前机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种方式。
液压驱动方式虽然具有驱动力矩大、响应速度快等特点，但是成本高、重量大、工艺复杂，且有发热问题。
气压驱动易于高速控制，气动调节阀的制造精度要求没有液压元件高、无污染，但是位置和速度控制困难，并且其工作稳定性差，压缩空气需要除水。
液压驱动与气压驱动不能实现试验系统自带能源的目标，直接决定了这两种驱动方式难于应用到双足机器人系统中。
电机驱动具有成本低、精度高、可靠且维修方便等特点，容易和计算控制系统相连接，目前的双足机器人大都采用这种方式。
舵机是一种最早应用在航模运动中的动力装置，是一种微型伺服马达，它的控制信号是一个宽度可调的方波脉冲信号，所以很方便和数字系统进行接口。
只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机，比如PLC、单片机和DSP等。
而且舵机体积紧凑、便于安装、输出力矩大、稳定性好、控制简单。
根据所需的驱动力矩要求和性价比方面的考虑，我们决定选用辉盛公司生产的12公斤大扭力全金属齿轮舵机。
该类型舵机价格适中且规格参数能够满足双足机器人的各项性能要求。
因此在综合了开销，性能等一系列因素后我们选择了MG945。
经过尝试，我们得出了舵机转动角度与脉冲的对应关系：90度对应的差不多是1.6ms的脉冲，也就是说一个1.6ms的脉冲MG945就转到90度，而0度对应的是0.8ms脉冲，180度对应的是2.1ms脉冲。