双足机器人的结构设计及步态规划（2014年）

简介：
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。