足式行走机器人设计

足式行走机器人设计

一、 内容：

机器人能实现双组智力行走，并在可能的情况下实现小角度转弯。机器人的外观最大尺寸不超过350mm（长）X 350mm(宽)X 350(高)。

二、 问题简介

就双足直立行走机器人来说，一部分和人类相似、下肢有三个关节的机器人固然很令人振奋，可这样的多自由度的结构正是造成平衡性技术瓶颈之所在，我们自然要另辟蹊径，可究竟什么样的结构可以在完成竞赛的要求的前提下得到评委们的青睐呢？目前就世界范围来讲，我们可以看到包括索尼新型舞蹈机器人“SDR-4X”、本田技术研究所已经开始出租的双足行走机器人”ASIMO”以及综合京为保障计划于2002年4月开始上的售价950万日元的“警卫机器人C4型”，每一款都很好，但是造价高昂，技术复杂，就本科阶段来讲，使我们所难达到的。所以，我希望用初级的简单机械加上特殊的结构设计来挑战一下这个难题，特别是在处理转弯问题上应用了简单的电磁铁加上回复装置来实现，整体实现方法已下将一一介绍。

三、机器装置的原理方案构思和拟定

1、 问题解析

双足直立行走机器人的主要问题将简化成为两个简单动作的实现：

（1） 向前走

（2） 小角度转弯

这样就将一个很复杂的问题简化为两个问题的实现，而小角度转弯是建立在第一个问题基础上，所以需要先解决第一个问题，在解决第二个问题。

2、 原理说明

(1) 向前走

我毛实现机器人的双足直立行走，须根据简化的人体行走模型，机器人要有如下要求：

1、 单脚可以支撑整个身体重量，并且可以保证重心稳定。

2、 非支撑脚着地瞬间支撑脚离地，即支撑教育非支撑脚保持相位差为80度。

3、 平衡。

支撑脚着地与非支撑脚离地瞬间，外界对系统的扰动远远不足意识系统失去

4、 四要有足够的动力和合适的速度是机器人能够前进。

（2） 小角度转弯

在向前行走的基础上，我们将小角度转弯动作分解为以下角度转动：

1、 非支撑脚自身的周向小角度转动

2、 非支撑脚落地成为支撑脚

3、 另一支撑脚离地瞬间机体由于脚的恢复装置实现小角度转动

四、原理方案的实现、传动方案的设计

1、向前走

（3） 要实现单脚支撑整个身体，就必须是中心在脚内，为此，我们设计了如下的U型脚，这样可以使得在任何时刻，重心都在脚内，市的机器人非常的平稳。

原理图如下：

图中圆圈部分之间构造具体如下：

通过U型脚的长宽比例可以市中心始终保持稳定。

（4） 由仿生学的角度，我们建华人行走的过程；做脚着地的时候，支撑身体，右脚离地冰箱前作圆周运动，当右脚着地的时候，支撑身体，左脚离地冰箱前作圆周运动。这样两角相位差180度，交替支撑身体，实现了向前行走的动作。

（5） 只要我们做到机器人的重心低，就可以减小外界对气的干扰，我们可以通过以下途径实现：间小集体的重量，增加脚的重量。

2、小角度转弯

（1） 左脚支撑身体时，又叫抬起

（2） 右脚上电磁铁通电，吸引左脚贴片，受到其反作用力，使右脚右偏右脚着

地支撑身体，左脚抬起

（3） 电磁铁断电，引力小时，由于受到推上的恢复装置产生的恢复里，身体右

偏，达到转向目的

其回复装置原理图如下所示：

在外力作用下，机器人的转向装置可以小角度转动。其主要通过电磁铁装置实现。

五、设计计算与说明：传动电动机组结构如下图所示

经初步估算,可选用市面较易买到的电动机带减速装置且减速后为30R/M

而4号齿轮输出速度也约为30R/M. 齿轮可选硬币大小,且为了尽可能地减小重量,可选用用塑胶做的软齿轮.