竞赛用双足直立机器人的设计及制作

鲍威尔 朱雪明 张勇勇 王春

摘 要：以双足竞步机器人舵机的联动控制为基础，在研究人类行走、翻跟斗、立正等动作时每个关节所摆动的角度后，结合SolidWorks运动仿真分析对机器人的行走步态进行简单规划，最终设计开发了一种结构模型，并以此为基础进行调试，分别设计出能够实现站立、行走、翻滚等一系列仿人形动作的程序，后将设计好的程序应用于实验样机，检验验证了程序设计的可行性和合理性。

关键词：双足步行机器人;SolidWorks仿真分析;步态规划

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）22-0009-04

Abstract： Based on the linkage control of the biped racing robot's steering gear， after studying the swing angle of each joint during human walking， heeling， standing up and other actions， this paper combines Solidworks motion simulation analysis to make a simple plan for the robot's walking gait. In the end， a structural model is designed and developed， and debugging is carried out on this basis， and a series of humanoid action programs that can realize standing， walking， rolling， etc. are designed respectively， and the designed programs are run in the experimental prototype to verify the feasibility and rationality of the program design.

Keywords： biped walking robot;SolidWorks simulation analysis;gait planning

随着人工智能与控制技术的快速发展，越来越多的仿人形机器人在各个领域发挥作用。双足机器人具有人类外观和结构，能较好地适应人类的生活环境，可以为人类生活和工作提供帮助，因此对其进行研究具有一定的现实意义。

本文主要对双足机器人的自由度分配、双足连接件结构设计、机器人运动各关节角度与运动的输出控制进行研究。通过使用计算机仿真软件对双足机器人的动作进行设计、规划及运动仿真，依据仿真结果对机器人进行结构设计与动作模拟，使机器人能够流畅完成站立、行走、翻滚等一系列动作。

1 机器人运动分析

1.1 机器人的自由度分配

设计与制作双足机器人，要先对机器人的关节自由度进行分析。在关节自由度设计中，腿部往往是机器人设计的重点与难点。腿部结构设计的稳定性与灵活性，直接关系到机器人在运行中的稳定程度与实现动作的复杂程度。……