小型仿人機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料詳細(xì)說明

　　提出了一款新穎的小型開環(huán)控制雙足行走機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 3 部分組成。關(guān)節(jié)自由度為 21 個(gè)，比目前流行的小型機(jī)器人的 17 自由度增加了 4 個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，SSC-32 舵機(jī)控制器的應(yīng)用使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)程序編寫更加便利，從而可以使設(shè)計(jì)人員把主要的精力用于動(dòng)作的設(shè)計(jì)。

　　雙足步行是高級(jí)生物所特有的運(yùn)動(dòng)形式。國外自 1960 年代以來就開始了雙足步行機(jī)器人的研究，1972 年日本早稻田大學(xué)加滕一郎等首先研制出了 WL-5，直至近幾年來受到廣泛關(guān)注的日本本田公司的 ASIMO，雙足步行機(jī)器人的研究已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步［1－2］。雙足小型行走機(jī)器人的研究現(xiàn)已成為了研究的熱點(diǎn)，目前的小型行走機(jī)器人主要應(yīng)用于娛樂，對(duì)它研究的價(jià)值卻不僅體現(xiàn)它的娛樂功能，隨著對(duì)雙足機(jī)器人的研究，所得到的研究成果也在自動(dòng)化、軍事、汽車等產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)雙足機(jī)器人的研究具有較強(qiáng)的理論和實(shí)用價(jià)值。

　　1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)本設(shè)計(jì)暫時(shí)只對(duì)機(jī)器人的雙足行走功能和各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，對(duì)其它的視覺、觸覺等人類器官的高級(jí)功能暫時(shí)不予仿生研究。本次設(shè)計(jì)主要完成的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：（１）模擬人的行走過程，包括直線行走或轉(zhuǎn)彎行走，實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)的 3 自由度運(yùn)動(dòng)和肘關(guān)節(jié)的 2 自由度運(yùn)動(dòng)；（２）行走過程平穩(wěn)，動(dòng)作連續(xù)；（３）小型化，實(shí)際的高度在 450mm 左右，重量在 2kg 左右；（４）采用半閉環(huán)控制及通用的零件，是機(jī)器人的制作成本最低化［３］。 2 機(jī)器人的自由度分配人類的身體有許多的肌肉和骨骼組成，要實(shí)現(xiàn)對(duì)人類器官運(yùn)動(dòng)的精確仿生卻是很難實(shí)現(xiàn)的［４］。通過研究我們知道，通過下肢雙腿 12 個(gè)自由度的模擬就能很好地實(shí)現(xiàn)人的雙腿的行走功能，而上肢在行走的過程當(dāng)中也扮演了重要的角色，它可以在行走的過程當(dāng)中通過一定的運(yùn)動(dòng)平衡機(jī)器人的慣性力矩。下肢中，踝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) ２ 個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) １ 個(gè)自由度，跨關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) ３ 個(gè)自由度。上肢設(shè)計(jì) 9 個(gè)自由度，頭部 １ 個(gè)自由度，肩部 ２ 個(gè)自由度，肘部 ２ 個(gè)自由度，手在行走過程中的自由度可以忽略，不影響行走運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，故沒有對(duì)手部的關(guān)節(jié)進(jìn)行仿生。自由度的設(shè)計(jì)方案如圖 1。根據(jù)自由度的設(shè)計(jì)完成的機(jī)械部分如圖 ２。