摘 要

本文是在对国内外人形机器人两足行走机构资料，特别是连接键部分和控制资料进行研读的基础下，对人形机器人两足行走机构的整体结构、驱动、控制和传感器等方面进行方案拟定。本文对人形仿生机器人两足行走机构的结构进行详细的设计，画出部件图、总装配图、并完成相应的计算过程。本文所设计的两足行走机构是使用单片机实现机器人的运动控制，并且使用舵机实现运动。本设计还对人形仿生机器人两足行走机构的结构组成和控制部分进行了详细的分析。

关键词：步行机构，仿生机器人，单片机

Abstract

This paper is in the form of domestic and foreign bionic robot biped walking mechanism for data, especially the bond part and the control data were studied under the foundation, the humanoid robot biped walking mechanism structure, drive, control and sensor of the plan. In this paper, structure of the humanoid robot biped walking mechanism were detailed design, drawing assembly diagram, parts diagram and complete the corresponding design and calculation. The design of the biped walking mechanism adopts servo motion, and using the MCU control the movement of the robot. The design structure of the humanoid robot biped walking mechanism and control part of the detailed analysis.

Keywords： walking mechanism，bionic robot，the MCU

目 录

1.绪论 1

1.1 两足行走机器人的特点 1

1.2 国内外两足机器人的研究现状 2

1.3课题技术要求 2

2.人形仿生机器人两足行走机构设计分析 3

2.1 两足行走机器人的结构分析 4

2.2 两足行走机器人设计方案 4

2.3 驱动方式的选择 7

2.4 两足机器人相关数据 7

3. 人形仿生机器人两足行走机构控制系统硬件设计 8

3.1 硬件系统的基本要求 8

3.2 硬件系统设计的技术路线和总体方案 8

3.2.1 处理器选型 9

3.2.2 直流伺服电机的控制特性 10

3.2.3 硬件设计总体方案 11

3.2.4 电源设计 12

3.2.5 舵机控制器PCB电路板的设计 13

4.人形仿生机器人两足行走机构控制系统软件设计 16

4.1 软件系统的基本要求 17

4.2 软件设计的技术路线与总体方案 17

4.3 伺服电机控制软件操作方法 18

4.3.1 串口设置 19

4.3.2 控制通道设置 20

4.3.3 操作设置 21

4.3.4 控制指令回显区 21

4.3.5 发送指令时间设置 22

4.4 微型伺服电机的选择 22

4.4.1 舵机的选型 22

4.4.2 所选舵机的控制特性 22

5.两足行走机器人步行模式的建立 23

5.1 静态步行模式设计与实现 23

5.2 姿态运动的软件实现 24

6机械手手腕结构设计…………………………………………………………………………………………… 25

6.1重心测量………………………………………………………………………………………………. 25

6.2 回转气缸的驱动力矩计算…………………………………………………………………………….26

6.3 手腕回转缸的设计计算……………………………………………………………………………… 27

6.4 手臂伸缩、升降、回转的校核计算………………………………………………………………… 29

总 结 31

致 谢 32

参考文献 32

1.绪论

机器人是自动机器装置的一种上，可以不用人为控制自动执行工作。同时它又能够受人类指挥，还能够执行提前编写好的程序，而且能依据人工智能技术制定的原则纲领运行。它的的主要职能是帮助和替代人类进行的工作，例如服务业、工商业，或是工作环境比较恶劣的工作。在21世纪的制造业中，机器人指的是可以自动运行的机械，可以替代或帮助人类工作。理论中的完全仿真机器人是结合控制理论、电器电子科学、微型计算计与人工智能、材料科学和生物科学的产物，目前此方向是研究开发的主流。

仿真机器人，又叫人型机器人等。当代机器人研发的大致特点为：一是，应用的领域越来越灵活宽泛。以前95%的的机器人应用于工业，目前，逐步扩展到更多非工业领域的。像农作物采摘、外科手术、侦查地形、地震救援等，还有潜水机器人、航空机器人。将来机器人应用领域的限制会越来越少，只要是可以想到的，就可以创造出来，进一步实现 ；二是，机器人的类型变的更加多样，比如可以进入人体的纳米机器人，已经成为崭新的方向，能够小到像米粒一般大小；机器人智能化得到巨大飞越，机器人会更加智能。

1.1 两足行走机器人的特点

首先，两足步行的移动方式在恶劣条件或地面不平整下，比其他方式要更灵巧，机动性性能好。为代替人类在核设施、丛林、外太空和其它人类难以生存，环境恶劣的条件下工作，科研机构开始开发仿生机器人，人类的生存空间将得到显著的扩展。

另外，步行机器人的步行系统具有不稳定的重点，步行系统的动力特点比较复杂，具有非线性、多变量、和变结构的等诸多特点。

再次，每年都有相当数量的人因为意外事故和疾病而失去行走能力，行走是人类活动最基本最重要的能力，研发仿生机器人可以大大促进动力型假肢的开发进展，将来可以解决一部天生没有行走能力和截瘫病人的行走问题。研究仿人机器，能够帮助人类更准确的了解人类行动的性质，进而促进医生物科学工程、体育类行业的发展，从而促进整个人类的进步发展。

1.2 国内外两足机器人的研究现状

  继本田ASTMO、索尼SDR和富士通HOAP-2等人形机器人问世以来，人形机器人给我们带来了梦想。现在市面上已经出现了两足步行机器人玩具，我国的一些中小学也结合实践雾水这课程的要求 配备 了双眼步行机器人配体和相应的控制平台。经过编程，两足步行机器人能够站立、街，有些还能够跳舞、唱歌。胡兴趣从事机器人制作的朋友 们，可能 一起在琢磨：我们自己能否亲手制作、控制机器人？现在的机器人是否能够实现更复杂且难度大的动作？能否 像动画 片中的超人那样飞翔。

    在日本，人形机器人人气最旺，诸如铁臂阿童木、高达等，一代代青少年都有自己的机器人英雄 。机器人给人类带来了梦想，而实现这个梦想的却是人类自己。