1. 研究目的与意义（文献综述）

随着计算机技术、电子技术、网络技术、人工智能算法等相关科技的不断进步，机器人技术迎来了蓬勃发展的时期，在诸多领域都有着十分广阔的应用前景。未来，人们将对机器人有着长期的刚性需求，人们也期待机器人能不断地为人类提供更多样、更高效的服务。因此，机器人技术的研究已经逐渐从工业领域扩展到了医疗、教育、服务、娱乐、军事等诸多领域，机器人产业也将逐渐渗透到生活中的方方面面。研究机器人技术对未来有着非常重要的社会价值。

移动机器人是机器人研究里的一个重要内容分支，按照移动方式其大体可分为两类；一是由现代车辆技术延伸发展而成的轮式机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术而衍生的运动仿生机器人（足式、蛇形、扑翼飞行等）。其中对轮式、履带式和足式机器人的研究较多。但传统的轮式、履带式机器人使用场景局限性较大，越障能力差、地形适应能力差、转弯效率低、转弯半径大，容易打滑，不够平稳，且对地形的要求高，对高低落差较大的地形显得无能为力。而足式机器人几乎可以适应各种复杂地形，能够跨越障碍，有着良好的自由度、动作灵活、自如、稳定。因此，近些年来，越来越多的机器人研究转向了足式机器人。足式机器人有双足式，四足式，六足式等，其中，四足机器人又以其结构简单灵活、承载能力强、稳定性好等特点，更受研究者的青睐。

早在20世纪60年代初，人们便开始了对四足机器人的探索。在1960年，shigley 提出采用联动机构,包括四杆机构、凸轮机构、缩放机构, 作为腿式机器人的运动机构，腿部的运动由一组双摇杆机构控制。80年代初，美国麻省理工人工智能实验室的marc raibert研制了具有动态稳定能力的单腿跳跃机器人，在此控制原理的基础上，两足、四足具有跑跳能力的机器人马上也被研制出来。与此同时，日本东京大学的miura和shimoyama也对足式机器人进行了深入的系统性研究，并于1984至1987年间，研发出了能动态行走的机器人collie-i和collie-ii，可实现踱步、小跑以及其之间的过渡步态。随后，日本东京工业大学研制出的titan系列机器人是机器人发展史上的一个里程碑。它安装了传感器，并装有智能步态控制系统，可根据传感器的信息实现静态地形自适应步行。20世纪末21世纪初，麦吉尔大学研制出scout系列四足机器人，采用优化的结构设计，使用尽量少的驱动器，实现了平坦地面快速动态运动。2005年，波士顿动力发布了具有跨时代意义的四足机器人big dog，成功实现了复杂地面的稳定行走，且在受到侧向强扰动的情况下仍能保持平衡，使其公司名震一方。接下来十余年里，波士顿动力又相继发布了ls3、猎豹、野猫和spot等一系列机器人都获得了外界的强烈反响。mit仿生机器人实验室也一直致力于足式机器人的研究，其于2012年发布的猎豹机器人在跑步机上奔跑的视频显示其平均速度可达45km/h，是当前四足机器人可达的已知最大速度。mit于2019年发布的mit mini cheetah第一次实现了四足机器人的后空翻技巧。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1. 调研收集分析有关资料，了解分四足机器人腿部运动原理；
2. 确定四足机器人机械单腿的结构设计方案；
3. 进行运动学分析和三维建模；
4. 进行控制系统的设计与分析；
5. 完成电路的连接和电机的控制程序；
6. 完成机械单腿的运动实验；
7. 整理资料，完成毕业论文的写作，准备好答辩工作；
8. 完成毕业论文的答辩工作。
   

四足机器人是近几年研究的热点，目前国内对四足机器人的研究还处于不够成熟的阶段，许多困难还是存在的，为了设计出一种结构优良、运动精确、作业平稳、操作简单并具有一定的抗干扰能力的机械腿单腿控制系统，确定了以下技术方案：

1. 根据调研分析，了解机械单腿的基本运动和构造原理，确定初步设计的机械单腿的结构原理图；
2. 确定基本尺寸并用Solidworks软件对其进行三维建模；
3. 设计机械单腿的控制系统方案，并用MATLAB进行仿真，分析其速度响应、稳定性和抗干扰能力；
4. 完成电路的连接；
5. 用CCS软件完成一套完整的无刷直流电机的DSP控制程序；
6. 对设计好的机械单腿进行运动测试；
   

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需知识。确定方案，完成开题报告；

第4－5周：完成五千字的外文翻译，并确定机械单腿的结构设计方案；

第6－9周：进行结构运动学计算和建模，完成机械腿的机械图；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张卿杰,徐友,左楠,等.手把手教你学dsp——基于tms320f28335（第二版）[m].北京：北京航天航空大学出版社,2018.

[2]m.a.latif;m.j.alam;m.a.rashid;a.karim;n.h.ramly;i.daut.microcontrollerbased pwm inverter for speed control of a three phase inductionmotor[j].international journal of engineering and technology,2013,5(2):624-630.

[3]计晶.基于dsp的无刷直流电机调速系统的设计与实现[d].北京：北京印刷学院，2015.