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双足机器人技术设计说明--第1页

摘要：双足机器人的机构是所有部件的载体,也是设计双足机器人最基本的和

首要的工作。本文根据项目规划和控制任务要求,按照从总体到部分、由主到次的

原则,设计了一种适合仿人双足机器人控制的机构。文章首先从机构的设计目标出

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。最终的机构在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。

关键词：载体；设计方案；控制

1引言

双足机器人机构设计是机器人研制开发的首要问题。我们根据项目整体机构

高度、重量、总自由度数、自由度的布局、以及整体机构最终要达到的步幅和步

速的要求,首先确定了双足机器人机构的整体设计方案,其次根据研制进度的需要,

按重要程度由高至低分步地进行了机构的设计、加工、装配和调试,直到满足设计

要求。

2机构总体设计方案

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。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,因此自由度的配置必须合理。首先分析双足机器人的运动过程前向和行走步

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。从机器人步行过程可以看

出:机器人向前迈步时,髋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,有时必须进行转弯,所以需要有髋关节上的转体

自由度。另外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。这样,每条腿配置6个自由度,两条腿共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；髋关节和踝关节

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。提出了机构的总体

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,仿人双足机器人机构自由度如图〔1,其下肢共计12个自由度。其中：每条

腿包括髋部前、侧向、转动各1自由度,膝部前向1个自由度,踝部前向、侧向各1个

自由度,其中髋部3个自由度完全正交,踝部2个自由度完全正交。

3机构设计

双足机器人机6构设计中关节轴系的结

5

构设计必须紧凑,传动精度高,效率高,并

保证提供必要的输出力矩和输出速度,以满

足机构动态步行运4动速度和承载能力。在上

述机构的总体设计方案制定后,我们对机构

中关键器件进行了3