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双足步行机器人的设计与开发

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简介：
本项目致力于研发能够实现自主平衡控制及环境感知功能的双足机器人系统，旨在探索仿人形机器人在复杂地形中的移动能力。 双足机器人的硬件设计与模块电路及器件的选择，包括组装过程以及最终的实物效果。

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  • 双足步行机器人的设计与开发
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    本项目致力于研发能够实现自主平衡控制及环境感知功能的双足机器人系统，旨在探索仿人形机器人在复杂地形中的移动能力。 双足机器人的硬件设计与模块电路及器件的选择，包括组装过程以及最终的实物效果。
     
  • 双足与四足步行机器人的Legged Robots For Bullet（基于PyBullet）
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    本项目运用PyBullet物理引擎开发了双足及四足行走机器人模拟系统，旨在研究和优化腿足式机器人的运动控制与平衡能力。 腿机器人该存储库是使用pybullet的步行机器人模拟器。要求安装PyBullet、control和scipy这些软件包，可以通过pip命令进行安装： ``` pip install pybullet pip install control pip install scipy ``` 双足示例：example_preview_control.py 四足逆运动学示例：example_stand_up.py
     
  • Matlab双腿机器人代码-Biped_Walking_bot：模拟人类步行的双足机器人
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    Bip_Walking_bot是用于Matlab环境下的一个开源项目，专注于开发和研究模拟人类自然步态特性的双足行走机器人。该项目提供详细的源码及文档，为学习者与研究人员提供了深入理解人形机器人的运动控制机制的宝贵资源。 Biped_Walking_bot是用于模拟人类步行的双足机器人项目介绍。两足动物通过其两个后肢或腿部在陆地运动的方式被称为双足行走，即“两只脚”。我们的BIPED项目具有10个自由度，并旨在让机器人能够在平坦表面上行走。理论上讲，双足生物可以进行走路、跑步和跳跃等动作。然而由于复杂性，我们仅限于实现步行功能。 该项目分为四个阶段： 1. 计划：通过阅读有关两足动物机制及其涉及的机械原理的研究论文开始。 2. 设计：完成与人类行走机制相似的倒立摆模型设计。 3. 准备机械结构：制作计划结构的三维CAD模型，并确定夹具的位置。按计划组装伺服电机并在每个步骤检查扭矩平衡来准备机械结构。 4. 编码：使用MATLAB进行3D模拟，编写Arduino代码控制每个伺服马达移动到相应角度。最初通过零点和弯矩方法计算角度，然后通过优化原理得出最终的角度，在某些情况下需要反复试验。 硬件设备包括： - 16Kg-cm的伺服电机 - Arduino微控制器
     
  • 双足仿人机器人设计与实现
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    《双足仿人机器人设计与实现》一书聚焦于介绍双足机器人的研发过程和技术细节，涵盖机械结构、控制系统及人工智能算法等多方面内容。适合机器人技术爱好者和研究人员参考学习。 根据人的运动方式设计双足机器人的结构，并使用DH坐标方法对其进行分析。为该机器人设计了具有周期循环特性的运动模式，在MATLAB软件中进行动力学计算。将双足机器人的三维实体模型导入到ADAMS运动分析软件，添加约束驱动等条件后输入规划好的轨迹以进行仿真测试。通过对比仿真实验所得各关节扭矩与理论上的动力学结果来验证动力学计算的准确性，并在此基础上完成了物理样机的制作。
     
  • 小型双足人形机器人的结构设计与步态规划
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    本研究聚焦于小型双足人形机器人的创新结构设计及其高效能步态规划技术，探索机器人平衡控制和运动优化方法。 最近我在学习小型双足人形机器人机构设计与步态规划，觉得这些内容非常有用，并希望对大家有所帮助。
     
  • 双足机器人的软件设计
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    双足机器人软件设计专注于开发能够使机器人模拟人类行走和运动模式的算法与控制系统。这包括平衡控制、步态规划以及环境感知技术等关键领域，旨在实现更自然的人形机器人行动能力。 最实用的开发双足机器人的软件参考材料可以作为底层基础设计双足智能机器人的参考资料。
     
  • 双足机器人腿部分析与设计.pdf
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    本论文深入分析和探讨了双足机器人的腿部结构设计，涵盖机械构造、材料选择及运动学原理等多个方面，旨在优化其行走稳定性和机动性。 双足机器人腿部结构设计的知识点涵盖了机器人学、机械设计、传动系统设计以及应力应变分析等多个领域。本段落首先从机器人技术的发展历史入手，继而深入探讨了双足机器人腿部结构的设计要点，包括传动路线设计、结构组件选择和分析，及针对不足之处的改进策略。此外，文档还介绍了国内外在机器人研究方面的进展及其在焊接领域的应用情况。 在传动系统设计方面，详细阐述了传动路线的设计过程，涉及齿轮与轴的设计、轴承的选择等，并重点讨论了如何优化传动效率和平稳度以及齿数设计的重要性。互质齿数对于确保齿轮啮合均匀性至关重要。具体到翻转机构的总体设计中，则包括确定传动比、选择合适的材料及分析危险截面。 关于机器人焊接技术的应用，文档指出变位机作为焊接系统的关键组成部分，在提高焊接质量和效率方面发挥着重要作用。文中还介绍了机器人的种类和用途多样性，涵盖工业应用以及用于特定手术操作等特种机器人。 在机器人研究领域，美国、日本与欧洲处于领先地位；我国自20世纪70年代起也逐步发展了该领域的技术和产品，如著名的UNIMATE（美国）及日本的多种工业机器人。 总体而言，文档强调了设计双足机器人的综合性要求：设计师不仅需具备深厚的机械原理和结构知识基础，还需掌握电子技术、计算机技术、传感器技术、控制技术和人工智能等跨学科领域。通过应力应变分析确保设计方案符合预期的安全性和稳定性标准是关键步骤之一。 此外，在伺服电机的选择方面，文档详细探讨了负载起动特性、运行性能参数（如防护与冷却方式）、额定工作负荷率以及可靠性维护性等方面的要求，并强调了极数和电压等级等技术细节的重要性。这些内容对于驱动系统的优化设计具有实际指导意义。 综上所述，本段落为读者提供了一个关于双足机器人腿部结构设计的全面知识框架，不仅适合专业人士参考学习，也给初学者提供了深入了解这一复杂领域的宝贵资料。
     
  • 双足机器人的结构设计及步态规划（2014年）
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    本论文探讨了双足机器人结构设计的关键要素及其步态规划方法，旨在提升其稳定性和行走效率。研究基于2014年的技术成果。 为了提高双足机器人的行走效率并使其步态更加自然且适应复杂地形的能力更强，本段落提出了一种新型的双足机器人研究平台设计，并建立了其行走机构的运动学模型。同时通过前向运动规划，提升了机器人在移动过程中的稳定性。文中采用三次样条插值方法来确定各关节平滑的运动轨迹。 ### 双足机器人结构设计与步态规划 #### 一、引言 随着人工智能和机器人技术的发展，双足机器人在科研、教育及工业生产等领域发挥着越来越重要的作用。为了提升这类机器人的行走效率及其自然度，并使其能够更好地适应复杂多变的环境条件，本段落提出了一种新型的结构设计以及步态规划方案。 #### 二、双足机器人结构设计 该款双足机器人主要由髋关节、膝关节（采用四连杆闭链机构）、踝关节及腿段构成。这种特殊的设计使得机器人的脚部能够以更高的离地高度移动，从而减少小腿摆动过程中与地面的接触几率，增强了其在复杂地形下的行走能力和避障性能。 当机器人需要适应更加复杂的环境时，可以通过调整膝关节四连杆的位置将其转换为履带式结构。这种可切换的设计大大提高了双足机器人的灵活性和应对不同地形的能力。 #### 三、单腿运动学模型 为了精确控制双足机器人的动作，建立了一个关于其单条腿的运动学模型。该模型考虑了各个关节的角度以及机器人脚部相对于世界坐标系的位置等参数，这对于实现准确的步态规划至关重要。 #### 四、步态规划 本段落采用三次样条插值方法来设计机器人的行走轨迹，这种方法可以生成平滑且连续的关节运动路径，并有助于提高机器人在移动过程中的稳定性和自然度。具体来说，通过设定一系列控制点并在这些点之间构造出多项式函数以逼近实际的关节运动路线。 #### 五、结论 本段落提出了一种新型双足机器人的结构设计与步态规划方案。通过对机器人行走机构进行优化设计，提高了其在复杂地形下的适应能力和稳定性。同时采用三次样条插值方法来进行步态规划，则进一步保证了机器人动作轨迹的平滑性和连续性。 通过本研究提出的结构设计和步态规划策略，双足机器人能够更好地应对各种复杂的环境挑战，并展现出更加高效、稳定及自然的行走能力。这对于推动双足机器人的技术进步及其实际应用具有重要意义。
     
  • 基于STM32的双足机器人运动控制系统的开发设计
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    本项目致力于开发一款以STM32微控制器为核心，用于双足机器人运动控制的系统。通过精确的算法和传感器数据融合技术实现平稳行走与姿态稳定，为未来服务型机器人提供技术支持。 我们设计了一种结构简单且自由度较少的小型双足机器人，并利用电子罗盘HMC5883来实时反馈与校正机器人的行走路径，深入研究了其运动控制机制。该机器人主要通过腰部转动驱动前行以确保稳定性；同时增加两腿之间的距离以便加大步幅，加快舵机转速从而提升整体移动速度。
     
  • 人形双足机器人
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    人形双足机器人为仿生设计典范，能够模拟人类行走与动作。具备高度灵活性与适应性，适用于服务、医疗及科研等多个领域，开启未来智能生活新篇章。 双足人形机器人是一种复杂且先进的技术，它模仿人类的行走方式通过两脚直立来移动。这类机器人的核心在于平衡控制与动态步态算法的设计，旨在实现人工智能与机械工程的高度融合。 在本项目中，我们使用Arduino微控制器和16个舵机构建一个简易双足人形机器人。首先了解**Arduino**：这是一种开源电子原型平台，在教育、艺术和设计等领域广泛应用。它拥有易于使用的硬件及软件环境，适合初学者进行编程实践。在这个项目里，Arduino将作为机器人的“大脑”，负责接收指令并控制各舵机的动作。 接下来是关键组件——**舵机**的介绍。它们能够精确地转动到预设的角度，并在机器人中用于模拟人类腿部、腰部和躯干关节的动作，从而实现复杂的肢体运动。这些舵机通常需要特定库来驱动，如Adafruit_PWMServoDriver库。该库专门针对I2C接口设计，简化了多舵机同步控制的过程。 **Adafruit_PWMServoDriver库**是由Adafruit公司开发的，它允许Arduino通过PWM信号精确地控制多个舵机的角度值，从而实现复杂的动作序列和姿态调整。此功能对于保持整个系统的稳定运行至关重要。 为了使机器人能够直立行走，我们需要进行详细的运动学与动力学计算来优化关节角度、重心位置以及步态规划等参数。在上位机调试阶段中，我们可以通过串口通信工具或专用软件发送舵机指令，并观察机器人的动作反馈以不断调整和优化其性能。 项目相关文件可能包含于MyPlan02压缩包内，其中包括源代码、配置文件及库文件等内容。这些资源将帮助理解项目的具体实现方式以及如何将其理论知识应用于实际操作中去。 总之，双足人形机器人是一个多学科交叉的综合工程项目。通过结合Arduino和舵机技术，并利用相关软件工具进行调试优化，我们可以逐步构建出能够自主行走的人形机械装置。这一过程不仅要求掌握硬件组装技能，还需深入了解控制理论及算法设计等方面的知识以提升个人技术水平与创新能力。