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双足步行机器人是机器人研究领域的热点,它集机械、电子、计算机、仿生学、自动控制、多传感器及人工智能等多门学科于一体。课题旨在设计一种结构简单的小型双足步行机器人,在此基础上对双足步行机器人的步行机理、步行参数及运动控制进行研究,为设计自主智能双足步行机器人打下基础。论文结合人类下肢关节的结构特点,并对其进行简化,为双足步行机器人下肢配置了10个自由度,经过驱动元件性能的比较与机器人所需转矩的初步估算,选择了转矩为6.80kg·cm的舵机作驱动,然后在Pro/E平台上设计了机器人各关节及其他零部件,并对虚拟模型进行干涉检查与测量,测得机器人总体高为241.5mm,宽为114.5mm。在步态设计的基本原则下,采用基于力学稳定性的步态设计方法,结合人类的行走习惯与特性,设计出直线行走、静态转弯、上楼梯的姿态及各关节的转向,确定了各关节转角的大小并对其进行三次多项式插值,同时对人类原地转体运动进行研究并作反向设想,阐述了机器人没有转体自由度而实现静态转弯的原理,并推导出机器人上楼梯的几何约束条件。通过接口软件Mechanism/Pro将Pro/E下的三维模型导入到ADAMS环境下,然后添加材料、力及约束,建立虚拟样机模型,再将前面的步态设计数据带入虚拟样机并进行步态运动仿真,得到直线行走、静态转弯及上楼梯动作的仿真动画,验证了机构设计与步态设计的正确性与有效性。借助ADAMS的后处理模块,测量出机器人各关节转矩、行走冲击力、零件质心轨迹,并进行分析与运算,说明舵机选择合理,得到机器人整体重心的一维轨迹,然后把重心轨迹数据导入Matlab,经过Matlab的处理,得到双足步行机器人整体重心的参数化方程与空间轨迹。利用现有的加工工具,制作出双足步行机器人原理样机,以PC机为上位机,设计出控制方案及微电脑控制电路,用ATMEGA8515L单片机产生多路PWM波来完成运动控制任务,采用单电源供电方式为机器人供电,叙述了上、下位机间的数据通信协议。