可调式行走机构设计运动学分析和建模
下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计
1、高度智能化：通过机器学习算法的不断训练和优化，控制系统的控制精度 得到了显著提高。
2、良好的适应性：系统能够根据不同患者的实际情况自动调整参数，满足个 性化的康复需求。
3、高度安全性：在系统中引入了多重安全保护措施，确保了患者在使用过程 中的安全。实验验证结果表明，该控制系统在帮助患者进行站立、行走等运动 方面具有显著效果，能够有效改善患者的运动功能。然而，仍存在一些不足之 处，如对患者的身体状态和运动数据的实时监测尚不完善，部分传感器数据的 准确性和稳定性有待提高等。
方法
为了实现上述目标，本次演示采用以下步骤和方法进行控制系统设计：
1、需求分析：首先对下肢外骨骼康复行走机器人的应用场景、患者需求、现 有产品的优缺点等进行深入调研和分析。
2、系统架构设计：根据需求分析结果，设计下肢外骨骼康复行走机器人的整 体架构，包括机械结构、控制器、传感器、执行器等组成部分。
下肢外骨骼康复机器人控制系统的主要设计原理基于人体运动学和动力学原理， 同时结合了机械设计、电子控制、传感器技术等多学科知识。具体实现方法和 步骤如下：
1、硬件设备选择：控制系统硬件设备包括机械结构、电机、传感器、电路板 等。根据使用者的身体状况和康复需求，选择轻便、耐用且符合人体工程学原 理的硬件设备。
3、设备性能方面，下肢外骨骼行走康复机器人具备良好的稳定性和耐用性， 但仍然存在一些可以改进的空间，如提高设备的自适应性、降低能耗等方面的 研究。
讨论：
根据研究结果，我们对下肢外骨骼行走康复机器人的研究现状进行了讨论。虽 然该领域已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题需要进一步解决。例如， 设备重量和穿戴舒适度是影响用户体验的关键因素之一，如何通过优化设计和 材料选择等方式减轻设备重量、提高穿戴舒适度是未来的研究方向之一。
四足机器人腿部机械机构设计
摘要机器人的研发和使用现已经成为世界各国的重要科研项目，用它来代替人的操作项目或帮助残疾人完成自己不能完成的项目活动。
在工业，手工业，重工业等方面机器人的辅助功能尤为突出，大大提高了工作效率，节省开支。
四足机器人的行走机构是四足机器人运动的载体。
其中四足机器人的腿部是行走机构的重要组成部分。
因此，本文系统的介绍了国内外四足机器人的发展历史和发展情况，着重分析了四足机器人的腿部的机械结构并对此进行设计研究。
极大的提高了四足机器人的负载能力，减少了驱动原件的使用，同时结合模仿四足生物形态做出本次设计。
对设计的四足机器人腿部机械结构进行了细致的分析。
关键词：四足机器人；腿部机械机构；结构设计;2.1.2闭环平面四杆机构这种机构可以克服开链结构承载能力低的缺点，刚度更好，功耗更低，所以在机器人的领域当中收到了非常大的欢迎。
如图 2.5中的机构是我们经常使用的一种闭环平面四杆行走机构，如图 2.6中机器人承受的机体质量是由Z轴的驱动器完成，让机体前进的动力是由X轴和Y驱动器提供的，这样的话，它的内部就得到了非常好的协调和优化。
此缩放式腿机构还有成比例的特点，进而将驱动器的运动推进距离成比例放大成足端部的运动距离。
它的缺点是：缩放机构的直线驱动关节不管是圆柱坐标系还是笛卡尔坐标系都至少需要两个，从而使机械结构复杂，质量重，旦驱动距离影响机器人脚端的运动范围，运动空间较小。
图2. 5平面四杆行走机构图2. 6平面四杆行走机构坐标系模型建立如图所示的坐标系模型，髓关节为B点，围绕Z轴旋转，角度为a,悬长为 A 大腿杆A0绕0点旋转，杆长为妇，其与的延长线的夹角为。
；大腿杆。
2绕0 点旋转，杆长为其与8。
|的延长线的夹角为（P：由此可推出A点的运动轨迹方程为:-x A =ucosay A = it sin a式（2-5）「N = A + L?cosJ3 + L3COS^.v= L2sin /7 + Z^sin^众所周知，当四杆机构的两杆发生重合时，机构就会出现死点，为了阻止四杆机构出现死点情况,现有的办法是规定大、小腿杆之间的角度，最大角度为吮心，最小角度为Ymin，在各种情况之下的两杆之间的角度Y，都应该做到满足Ymax> Y > Ymin约束自己的情况。
毕业论文——proe机动插秧机曲柄摇杆式分插机构运动轨迹设计
毕业论文（设计）论文题目 proe机动插秧机曲柄摇杆式分插机构运动轨迹设计摘要曲柄摇杆分插机构具有结构简单、工作可靠和插秧质量好等特点,在水稻分插机中普遍使用。
由于其运动轨迹不是很直观反应出来，故对其进行运动仿真，从而得到运动轨迹。
首先，对其数学模型进行分析，用三角形向量对其运动轨迹进行诠释，再根据实际测绘的数据加以修改，再用proe三维软件建模，装配，机构仿真，绘出曲柄摇杆式分插机构的运动轨迹。
从而，更直观地了解分插机构的插秧轨迹，与实际情况对比，基本符合要求。
关键词：曲柄摇杆分插机构运动轨迹目录1 引言 (1)2 水稻插秧机的研究与发展 (1)2.1水稻插秧机械化的重要作用 (1)2.2 我国插秧机的研究与发展 (2)2.2.1 人力插秧机 (2)2.2.2 机动插秧机 (2)2.2.3 大小苗两用插秧机 (2)2.2.4 2ZT系列机动插秧机 (2)2.3 发展水稻插秧机械化的经济效益和社会效益 (3)2.3.1 节省秧田 (3)2.3.2节水省肥省药 (3)2.3.3 节本增效 (3)2.3.4 高产稳产 (3)2.3.5 如何推广机械化水稻 (3)2.3.6 加强示范，提高农民购买的兴趣 ............. 错误！未定义书签。
2.4 展望 (4)3曲柄摇杆式分插机构的技术要求 (4)3.1分插机构概述 (4)3.2 曲柄摇杆式分插机构概述 (6)3.2.1曲柄摇杆式分插机构的类型 (7)3.2.2 曲柄摇杆式分插机构运动学数学模型 (8)3．3曲柄摇杆式分插机构测绘及零件建模 (11)3.4 模型装配及运动轨迹 (14)3.5运动轨迹总结 (14)结论 (16)参考文献 (17)Abstract (18)致谢 (19)PROE机动插秧机曲柄摇杆式分插机构运动轨迹设计作者：孙艳丽指导老师：陈迎春（安徽农业大学经济技术学院08机械设计制造及其自动化专业合肥230036）1 引言水稻插秧机械化是继品种和栽培技术更新之后，进一步提高水稻劳动生产率的又一次技术革命。
履带式掘进机行走机构英文参考文献
履带式掘进机行走机构英文参考文献参考文献：1. Zhang, Y., Liu, C., Hu, X., Li, J., & Yan, X. (2017). Research on the bearing capacity of walking chassis based on multibody dynamics simulation. Journal of Vibroengineering, 19(3), 2116-2134.这篇研究基于多体动力学模拟，探讨了履带式掘进机的行走机构的承载能力。
通过建立多体动力学模型，对行走机构的受力分析和承载能力进行了研究，为行走机构设计和优化提供了理论依据。
2. Li, H., Chen, Y., Bai, L., & Zhang, H. (2019). Crawler walking mechanism kinematics and dynamics analysis of coal mine roof bolting rig. Journal of Mining and Safety Engineering, 36(1), 96-102.这篇论文对煤矿顶板支护钻孔机的履带行走机构进行了运动学和动力学分析。
通过建立机构的运动学和动力学模型，研究了履带行走机构的运动规律和受力情况，为机构的设计和控制提供了基础。
3. Wu, X., Dong, F., & Li, C. (2013). Analysis of the steering mechanism of the crawler walking chassis. Mining & Processing Equipment, 41(1), 75-78.本文对履带式掘进机行走机构的转向机构进行了分析。
通过研究转向机构的结构和工作原理，分析了其转向机构的动作规律和影响因素，为转向机构的设计和控制提供了参考。
危险工程环境中六足步行机器人运动学建模及动作协调初探
收 稿 日期 ： ０ ７一Ｏ 一ｌ ２０ ５ ６
作者简介： 赵华洋（９ ４一）男 ， １７ ， 安徽凤台人 ， 讲师 ， 硕士 ， 主要从事材料科学 及设计理论研究
传统 的轮式 机器 人建模 大多数 都是针 对 四轮机 构 ， 轮机 器人 的建模 还不 成熟 ． 参考 了美 国 Ｒ ｃｙ 六 在 ｏｋ
系列漫游 机器 人 ， 最新 型号 Ｒ ｋ ７２ 的行 走机构 的基 础上 本文 给 出了改进后 的六轮 机器 人行 走机构模 其 ｃ ｏ ｙ【 ］
型（ １ ， 图 ） 由于机器 人在 实际运 作时行 驶速 度很低 （ 大不 超过 １ ｍ／ ｎ Ｃ ， 最 ２ ｍｉ） ］ 因而 起主要 作 用 的是运 动学 ３
Ｅｎｖ ｒ ｎｍ ｅ ａ ｓ ｏ ｉ ｗｈｅ ｌ ｒ Ｗ ａ ｋｉ ｇ Ｒｏ ｏ ｉｏ ｎｔ ｌＲｉｋ ｆＳ ｘ — — ｅｅ ｌ ｎ ｂｔ ｆ ｒ Ｋｉ ｅ ａ ｉ ｓ Ｍ ｏ ｅ ｉ ｎｄ Ｃｏ ｒ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｔｏ ｏ ｎ ｍ ｔｃ ｄ ｌｎｇ ａ ｏ ｄ ｎ ｔｏ ｆＡｃ ｉ ｎ
０Ｃ ． ００ ｔ２ ７
２０ ０ ７年 １ ０月
危 险 工程环 境 中六足 步 行 机 器 人运 动 学建 模 及 动作 协调初 探
赵 华洋 ， 耘涛 ， 丽娜 ， 王 刘 张 丹 ， 兰 鸟
（ 蒙古 民 族 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 内 内蒙 古 通 辽 ０８４） ２ ０ ３
ｔ ａｎ ａ ａ ｓｐ ｓ ｉ ｌ ｎ ｔ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ｐ ｏ ｅ ｎ ｒ ｙ ｅ ｆｃｅ ｃ ｒ ｉ ｓｆ ｒ ａ ｏ ｂｅ ｉ ｈｅｍ ｖ ｍ ｎ ， ｍ ｒ ｖ ｄ ｅ ｅ ｇ ｆｉｉｎ ｙ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｒｏ ｏ ｓ ；Ｋｉ ｅ ｔ ｄ ｌ ｇ ｂｔ ｎ ｍａ ｉ ｍｏ ｅｉ ｃ ｎ
踝关节运动辅助矫正机构的结构设计毕业论文
踝关节运动辅助矫正机构的结构设计毕业论文踝关节运动辅助矫正机构的结构设计毕业论文中国已经进入老龄化社会，有肢体运动障碍的人也在增加，将机器人学应用于运动矫正医学领域已经被国内外专家学者所认同.下肢运动障碍者不能正常行走的一个重要原因是肢体承重能力下降，有的患者使用减重带悬吊减重，或利用跑步机带动下肢被动式运动.临床应用效果不错的可调式运动矫正练习机器人，被专家学者普遍认可.利用重心轨迹自动控制平衡掉人体一部分重力，也可以减轻患者行走过程中体质量带来的负担.东北大学研发的异构双腿行走机器人，可用于研究人腿与智能腿之间的协调问题.德国自由大学采用双曲柄摇杆机构研发的下肢运动矫正机构，结构简单，但对盆骨运动得不到有效控制.虽然以上康复机构的研究成果给患者的运动矫正带来了良好效果，但仍然存在一些不足之处：功能单一，根本无法实现复杂运动;功能练习比较被动，工作空间相对较小，刚度不足等.为此，本文设计出了一种新机构，它一方面能做刚性练习，另一方面还能做柔性练习，从而使患者下肢能得到更有效的训练。
1 人体运动学基础设计下肢运动矫正机构，前提是要使其符合人体运动学的自然规律.人体行走分为单脚阶段支持、双脚阶段支持和有一脚处于冗余状态的双脚支持.经过如此的简化，在机械结构设计上更能实现人体正常步态.人体下肢骨骼主要由趾骨、跗骨构架、腓骨、胫骨、髌骨和股骨等构成.下肢有7个自由度，3个枢纽关节，包括2个球副枢纽关节，1个扭转副枢纽关节.最为复杂的是踝关节，由腓骨、胫骨、跗骨构架等组成，胫骨和腓骨组成3自由度旋转的自由端，实现足部侧翻、翻转、旋转、倾斜和后弓的运动。
2 踝关节运动矫正机构的`设计及运动学分析2.1 并联机构构造与自由度分析2.1.1 并联机构结构该并联机构由1个定平台，1个动平台，1个4曲柄滑块机构等构成，如图1所示.4个曲柄滑块机构均通过球铰与定平台相连.上支点A1、A2、A3、A4与下支点D1、D2、D3、D4均呈长方形布局，两个长方形相似.上支点A1A2=L1、A2A3=L2，下支点D1D2=L5、D2D3=L6.建立坐标系原点O，X 轴与L1平行，Y 轴与L2平行，Z 轴与L5平行，建立坐标系.选取的静平台与动平台的相位相同.静支点A1、A2、A3、A4在静坐标系中的坐标分别为：A1=(-l1/2，l2/2，0)，A2=(l1/2，l2/2，0)，A3=(l1/2，-l2/2，0)，A4=(-l1/2，-l2/2，0)，O=(0，0，0).动支点在O—XYZ 坐标系中的坐标分别为D1=(-l6/2，-l7/2，-l3sinα1-l4sinβ1-l5)，D2=(l6/2，l7/2，-l3sinα2-l4sinβ2-l5)，D3=(l6/2，-l7/2，-l3sinα3-l4sinβ3-l5)，D4=(-l6/2，-l7/2，-l3sinα4-l4sinβ4-l5).2.1.2 并联机构自由度空间并联机构自由度计算公式为F =6(k-g-1)+Σgg=1fi-F0，(1)式中：F 为自由度，F0为冗余自由度，fi为第i个运动副的自由度，g 为运动副，k为活动构件.空间并联机构有13个活动构件，16个球面副，4个移动副，没有冗余自由度数.可计算出并联机构有4个自由度，动平台(D1、D2、D3、D4)可实现绕X、Y、Z 轴的旋转，可沿着Z 轴移动.2.2 位置逆解分析4自由度并联机构动平台在空间的位置参数给定，求出4个曲柄滑块机构的输出角度，即求位置逆解.在图1中，A1、D1两点之间的间隔记为h1，A2、D2两点之间的间隔记为h2，A3、D3两点之间的间隔记为h3，A4、D4两点之间的间隔记为h4.设h1、h2、h3、h4中最小值为基值h，D1、D2、D3、D4所构成的平面分别与3坐标平面XOY、YOZ、ZOX 的夹角为φ1、φ2、φ3.按照图1中杆长约束条件可得h1 =l3sinα1+l4sinβ1+l5，h2 =l3sinα2+l4sinβ2+l5，h3 =l3sinα3+l4sinβ3+l5，h4 =l3sinα4+l4sinβ4+l5.(2)曲柄滑块机构的平面几何图，根据余弦定理在三角形AiBiCi中若h1=h，则h2=h+l6sinφ1，h3=h+ (l27+l26)*sinφ2，h4=h+l7sinφ3。
多连杆机构的运动学分析与合理设计
多连杆机构的运动学分析与合理设计多连杆机构作为机械系统中常见的一种形式，广泛应用于各种工程领域。
它由多个连杆和铰接连接的节点构成，能够实现复杂的运动路径。
在机器人技术、汽车工程和航天领域等众多应用中，多连杆机构的运动学分析和合理设计是至关重要的。
在进行多连杆机构的运动学分析时，需要首先确定各个连杆的长度、连杆的连接方式以及铰接的位置等。
通过这些参数的确定，可以进一步推导出机构的运动方程和运动学限制条件。
常见的多连杆机构包括摇杆机构、曲柄滑块机构和平面四杆机构等。
以摇杆机构为例，它由一个直杆和两个转轴构成。
当一个转动的驱动件作用于摇杆机构时，整个机构的运动路径可以被描述为抛物线形状。
通过分析抛物线的特性，可以确定驱动件的转速和转动角度对机构运动轨迹的影响，从而实现对机构运动的控制。
曲柄滑块机构是另一种常见的多连杆机构，它由一个转动的曲柄和一个滑块构成。
曲柄滑块机构的运动轨迹通常是椭圆形状，可以通过改变曲柄的转动角度和滑块位置来实现不同的运动路径。
在实际应用中，曲柄滑块机构常被用于发动机和机械传动系统中，其运动学分析对于提高机构的效率和可靠性至关重要。
平面四杆机构是一种更为复杂的多连杆机构，它由四个连杆和四个铰接节点组成。
平面四杆机构的运动学分析涉及到大量的几何关系和运动学方程的推导，需要利用刚体座标系和几何约束条件进行求解。
通过解析解或数值解的方法，可以求得平面四杆机构的运动轨迹、速度和加速度等运动学参数，为机构的合理设计提供了重要依据。
在多连杆机构的合理设计中，除了运动学分析以外，还需要考虑机构的结构刚度、平衡性和可靠性等因素。
合理的机构设计可以提高机构的性能，并确保机构能够承受预期的载荷和工作环境。
此外，还需要考虑机构的制造成本和装配难度等实际因素，以实现设计与制造的良好平衡。
总之，多连杆机构的运动学分析和合理设计是一项复杂而重要的任务。
通过分析机构的运动学特性和设计要求，可以实现对机构运动路径和性能的优化控制。
六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析
六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析一、概述随着科技的飞速进步，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，特别是在仿生机器人领域，其研究与应用更是取得了显著的成果。
六足仿蜘蛛机器人作为仿生机器人的一种，其结构设计与仿真分析是当前研究的热点之一。
六足仿蜘蛛机器人是一种模拟蜘蛛行走方式的机器人，具有适应性强、稳定性高、运动灵活等优点。
通过模拟蜘蛛的六足行走机制，该机器人能够在复杂环境中实现高效、稳定的运动，具有重要的应用价值。
在结构设计方面，六足仿蜘蛛机器人需要考虑多个因素，包括机械结构、驱动方式、运动学分析等。
机械结构是机器人的基础，需要合理设计各部件的尺寸、形状和连接方式，以实现机器人的稳定行走和灵活运动。
驱动方式的选择直接影响到机器人的运动性能和效率，常见的驱动方式包括电机驱动、液压驱动等。
运动学分析则是研究机器人运动规律的重要手段，通过对机器人运动学模型的建立和分析，可以预测和优化机器人的运动性能。
在仿真分析方面，通过建立六足仿蜘蛛机器人的虚拟样机，可以在计算机环境中进行各种实验和测试，以验证机器人设计的合理性和有效性。
仿真分析可以帮助研究人员快速发现设计中存在的问题，并进行相应的优化和改进。
仿真分析还可以为机器人的实际制造和测试提供重要的参考依据。
本文旨在探讨六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析方法，为该类机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
1. 机器人技术的发展趋势随着科技的飞速进步，机器人技术正迎来前所未有的发展机遇。
从简单的自动化操作到复杂的智能决策，机器人技术正逐步渗透到我们生活的方方面面。
在当前的科技浪潮中，机器人技术的发展趋势呈现出以下几个显著特点。
人工智能技术的深度融合是机器人技术发展的重要方向。
随着深度学习、神经网络等技术的不断发展，机器人逐渐具备了更强的感知、理解和决策能力。
这使得机器人能够更好地适应复杂多变的环境，实现更高级别的自主操作。
机器人技术的集成化趋势日益明显。
传统的机器人往往只具备单一的功能，而现代机器人则更倾向于将多种功能集成于一体，实现一机多用。
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毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 第一章 绪论 1.1 课题的研究背景和意义 近年来，对双足行走运动的研究成为了力学、机械、控制、机器人学、生物学、心理学等学科的热点问题。与大多数四足或六足的动物相比，人类的双足行走运动可以把上肢解放出来，在运动的过程中完成其他的任务，且可以实现在更复杂、更崎岖的环境中运动；同时，人类的双足运动在稳定性的控制上也具有更高的要求。自 20 世纪 90 年代以来，对双足行走机器人的研究成为了国内外学者关注的一个热点问题。将基于主动控制的双足运动与基于被动行走的双足运动相结合，对于提高双足机器人的运动效率，实现多种运动步态都有十分重要的意义。 世界上第一台的机器人样机制造于1954年的美国，它基本上体现了现代工业应用的机器人的主要特征，虽然它仅仅是一台试验样机，但是为机器人的进一步发展起到很大的推动和指引作用。随后美国的联合控制公司（ConsolidatedControl Company)于1960年研制出了第一台具有真正意义的工业机器人。两年后美国的机床与铸造公司AMF也生产出了另外一种可以进行编程并实际用于工业操作的工业机器人。 20世纪70年代，机器人技术开始向产业化发展，并逐渐发展成为一门专门的有着自己较系统理论的一门学科—机器人学（Robotics)，这样就进一步扩大了机器人的应用领域，如图1所示为机器人的各种应用实例。 毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 图1 机器人各种应用领域 随后各种坐标系统、各种结构机器人的相继出现以及计算机辅助设计技术的飞跃发展，使得机器人的性能和结构有了很大的进步，同时成本也在不断下降。20世纪80年代，各种不同结构、不同控制方法以及不同用途的工业机器人在工业比较发达的国家已经进入了真正的实用化普及阶段。随着传感器技术和智能.技术的发展，智能机器人的研究范围也逐渐扩大，机器人的视觉、触觉、力觉、听觉、接近觉等方面的研究大大的提高了机器人的自适应能力，促进了机器人的人性化进程。20世纪90年代，机器人伺服驱动系统迅速发展，这一时期，各种装配的机器人产量增长迅速，与机器人配套使用的装置和视觉技术也得到迅猛发展。 21世纪以来，机器人不仅仅局限于杆件结构，人们开始赋予它新的“肌肉”、“血管”，使其能够更好的比照人类进行运动和“生活”。这时期，机器人的形象更加丰富，感官、知觉等也越来越“人性化”。 近几年，机器人特别是双足机器人产业发展突飞猛进，不管是从专业技术水平上，还是从装备的数量上，都具有集中优势。机器人研究强国日本研发的新型的面向人们日常生活和服务行业的“医疗机器人”、“唱歌机器人”、“服务机器人”等正逐渐进入角色，走进人们的生活，如图2和图3所示。2011年全球组织机器人进行全程马拉松大赛，要求两条腿的机器人完成约42.2公里的奔跑，此次比赛就是为了证实机器人的耐久性和灵活性。 毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 图2 “唱歌机器人”和“服务机器人” 图3 “医疗机器人”和“工业机器人” 研究双足行走机器人的目的和意义主要体现在以下 2 个方面： 1) 设计、研制高效、稳定的双足机器人及辅助行走设备，推进工程技术的进步。 从上个世纪开始，各国科学家一直致力于研制具有双足运动能力的仿人机器人。双足机器人可以帮助人们在复杂的环境下作业、为人类服务。目前比较有代表性的是本田公司于 2000 年发布的双足机器人 ASIMO，高度为 120 cm，重量 43 kg，可以实现行走、舞蹈、上下楼梯等运动，并可以与人交互，完成推车、导游等任务。将双足运动的机理应用到人工智能假肢中，进行助残和康复方面的研究也是双足运动领域的一个热点问题。 2) 通过对双足运动规律的研究，更好地理解人类双足行走的机理。 人类的双足行走运动是一个非常复杂的过程，需要包括下肢和躯干在内的很多块肌肉的协调配合，来达到稳定的行走。由于人类可以在各种复杂的环境中实现自然、稳定、高效的行走，人类的行走运动为研制双足机器人提供了一个很好的自然界的范本。通过对双足行走机器人以及双足运动建模的研究，可以帮助我们进一步探索、发现人类双足行走的机理。 毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 1.2研究现状 1.2.1国外研究现状 国外的机器人技术发展和起步比国内较早，以欧、美、日的发展最为迅速。法国于2000年开发了一种具有15个自由度的能够适应在未知外界条件下的步行机器人BIP2000，可以实现静止站立、匀速行走、在线爬坡和简单上下楼梯等动作。麻省理工学院2005年设计研制了的机器人Domo，如图4所示，该机器人具有29个自由度，虽然它的部分关节虽然没有利用电动机和控制器，但是却能实现稳定的仿真运动，随后其又提出了一种虚拟模型控制策略（Virtual Model Control-VMC)，并且有效的应用于名为Spring Turkey和Spring Flamingo的两个双足机器人的控制系统中。同时为了能够更加有效的利用机械势能使其腿部能够完成被动的摆动过程，在步态规划的过程中参考了人类行走过程中的部分机构被动特性，将步态周期划分四个阶段分别设计研究，而且在实际的行走试验过程中无明显的停顿现象。此外，美国还推出了可以奔跑和表演体操的平面型双足机器人，最大速度高达4. 3m/s。
图4 机器人Domo 日本本田公司1996年研制出了世界上第一台可以实现无线控制、动态行走、的自主型仿人步行机器人样机P2，速度可达3km/h、并且能上下楼梯、推动物体，高182cm，重210kg,具有30个自由度，随后推出了自适应双足步行机器人P3，该机器人设有传感器，自适应能力较强，可以在障碍地面稳定行走，是一款可以自行上楼梯的仿人形机器人。还有可以自由转向的仿人形机器人ASIMO,具有26个自由度，其身高120cm，体重42kg，行走速度范围是0-1.6km/h，可以毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 自我预测下一个动作并提前改变重心，可以进行弯腰、上下楼梯、“8”字形行走等各项“复杂”动作，此外还可以与人握手、挥手，甚至可以随着音乐缓缓起舞。 1.2.2国内研究现状 目前，随着机器人技术的完善以及应用的领域的扩大，我国的机器人技术也得到了迅速的发展并逐步形成体系。特别是21世纪以来，机器人技术发展更是突飞猛进，无论是工业还是服务业领域都有了较大的发展。 国防科技大学研究出了拥有12个自由度的空间性双足机器人KDW-3，实现了步长0.2m、周期0.8s的动态行走，并具备转弯功能，该机器人最大可爬行角度为13°的斜坡其后，于2000年又研制出了仿人型机器人“先行者”号，如图5所示，它的控制系统拥有一定的语言功能，实现了机器人技术的重大突破。
图5 仿人型机器人“先行者”号 2000年，上海交通大学智能机器人研究室研制除了共有24个自由度的仿人机器人SFHR，包含腿部的12个自由度、手臂的10个自由度和身上的2个自由度，可以实现步长0. Im，周期3.5s的步行运动。2001年又制造了 “交龙”号轮椅机器人，“交龙”号的智能轮椅配备有激光测距雷达和视觉传感器，可以通过引导和实践自动记忆环境地图，具有高精度自定位能力，该轮椅具有灵敏迅捷的躲避障碍和路径规划能力、触摸屏和语音交互功能以及高度的安全性和机动性。 2002年，北京理工大学设计的拥有32个自由度的仿人机器人BHR-1，如图6所示，可实现步长0.33m,速度Ikm/h的动态行走，并能根据自身的传感器和平 毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 图6 仿人机器人BHR-1 衡感知能力来平衡自身与地面的接触状态，实现未知地面的稳定行走2004年哈尔滨工业大学设计研发了一款可以踢球的仿人足球机器人——"HIT"，该机器人身高约50cm,共有17个关节，全身各个关节包括腰部、膝盖、胯部、脚踝等都是用螺丝连接，该机器人的行走速度可以达到0.2m/s，其头部配有摄像头，用来判断识别足球、其他球员以及障碍物，从而在比赛过程中自适应避障、准确射门，另外，它还可以进行爬楼梯等运动。 近期清华大学在985计划的支持下设计出了仿人型机器人THBIP-1，该机器人具有32个自由度，高170画，重130kg,具有良好的自适应能力和反应能力。此外，我国于2008年组织了双足机器人足球赛和机器人武术擂台赛，这时的机器人的反应更加敏捷，对周围感知能力更强，而且更具有“人”性化。 1.3 双足行走机器人的分类 目前国内外对双足行走运动的研究，可以从稳定性角度和力学角度进行分类。 1.3.1 从稳定性的角度分类 从稳定性的角度，双足行走可以分为静态行走和动态行走。将能包容机器人足底与地面之间的所有接触点的最小多边形区域称为支撑多边形，则在静态行走中，在运动过程中行走者的质心在地面上的投影始终不超过支撑多边形的范围。而在动态行走中，行走者的质心在地面上的投影在某些时刻会在支撑多边形之毕业论文_可调式行走机构设计-运动学分析和建模 外。静态行走的优点是可以时刻保证稳定性，缺点是行走速度会受到极大的限制。动态行走中，很多机器人采用的是基于零力矩法(zero moment point，ZMP)的控制方法。这种机器人在行走过程中，支撑腿的脚掌与地面保持全接触的状态。相比于静态行走，基于 ZMP 的行走中的限制条件更宽松一些，机器人也可以实现在更大速度范围内的运动，但是在运动效率、步态自然性等方面依然和人类行走相差比较远。与基于 ZMP控制的行走方式相比，基于极限环的行走(limitcycle walking)中的限制条件更为宽松。基于极限环行走的概念最早由 Hurmuzlu 等人提出，Hobbelen等人又进行了系统的整理，其基本思想是：将行走运动看作一个极限环，不是在每时每刻都局部稳定，但是在整体上能形成稳定的周期运动序列。这种运动方式的双足机器人，具有更高的运动效率，而且更容易实现较高速度的行走。 1.3.2 从力学角度分类 从生物力学角度，双足行走可以分为基于主动控制的运动和基于被动行走的运动。基于主动控制的双足行走中，一般在所有关节都施加驱动，各个关节的运动轨迹是事先指定好的，根据期望的关节轨迹，计算各时刻所需要施加的驱动力矩，用轨迹跟踪的方法控制机器人各关节准确跟踪事先指定的轨迹。这种控制方法的优点在于：可以对机器人的运动方式进行精确的规划，机器人可以在驱动器功率允许的范围内完成各种复杂的运动，便于实现对双足运动的精确控制；缺点在于：能量消耗大，效率低，对驱动器的性能要求较高，步态不自然，与实际人类运动相差较大。基于被动行走的双足运动，一般不对各个关节的运动轨迹进行精确的规划，直接施加较简单的驱动和控制即可实现行走。这种行走的优点是运动效率高，步态自然，接近人类实际运动，制作相对简单，易于实现；缺点是控制难度高，运动的稳定性不容易保证，难以实现上下楼梯，跨越障碍物等较复杂的运动。 1.4 虚拟样机与运动仿真 虚拟样机技术是上世纪80年逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。从国内外对虚拟样机技术 (Virtual Prototyping, VP)的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。 一般来讲，虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作(CSCW)