摘 要随着机器人的智能化发展，双足机器人以高度模仿人类运动为目的，具备人类相似的运动特征，而被广泛运用于工、农、商等各个领域。对社会的科技进步与智能化发展具备重要作用。然而目前的双足机器人存在多节点，控制繁琐，对机器人的运行及主控性能造成不必要的麻烦。研制一种新型的双足机器人，成为机器人发展的需要。本次设计以简洁、高效的控制方式设计双足机器人。根据人类下体腿部踝关节、膝关节、髋关节运动变化为依据，以LDX-218舵机、LDX-227舵机代替人体腿部各关节运动，利用意法半导体公司高性能STM32芯片设计主控系统，结合硬铝合金和亚克力材料做为双足机器人的支架，搭建双足机器人。通过软件编程调试，在不外加传感器的条件下，实现双足机器人交替跨步前行、向前翻跟头、及后翻跟头的系列动作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 课题主要工作和研究意义 3
第二章 方案及控制策略分析 4
2.1总体方案概述 4
2.2主控电路设计 4
2.3控制策略分析 6
第三章 系统硬件设计 8
3.1系统硬件方案概述 8
3.2系统结构设计 8
3.2.1整体支架选择与设计 8
3.2.2各自由度的选择与设计 8
3.3供电电源设计 10
3.3.1舵机电源设计 11
3.3.2主控系统电源设计 11
第四章 系统软件设计 12
4.1软件平台及方案概述 12
4.2步行程序设计 14
4.3翻转程序设计 15
第五章 测试及结果分析 17
5.1整体动作测试 17
5.2实验结果分析 17
结束语 18
致 谢 20
参考文献 21
附录A 整体模型图 22
附录B 硬件电路图 23
附录C 程序 25
第一章 绪论
1.1课题研究背景
机器人设计理念最早始于20世纪60年代末， *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
然而由于当时条件等因数的限制未取得较好的研究成果，在20世纪80年代末，伴随着集成电路等计算机控制、自动化设计行业的发展，电子制造业迅速崛起。机器人设计有了突破性的进展，人们开始赋予机器人更多的可能，设计制造智能机器人替代人类完成工作等事务。
随着科技的进步，人们对机器人的作用与用途有了更深层次的认识，机器人开发制造逐渐成为各国开发研制的热点。机器人的研发与制造成为了一个国家科技综合国力的体现。现市场包含多种移动式机器人，如：履带式移动机器人、圆轮式移动机器人、仿人类双足步行机器人[1]。仿人类双足机器人以其优越的平衡移动方式更优于其他类型移动式机器人，履带式移动机器人、圆轮式移动机器人易受环境条件影响，只能在较平坦的区域工作，具有一定的局限性，而仿人型移动式双足机器人，即使用双足交替运行方式移动，具备一定的人类移动特性，不仅能在较平坦区域运动，也可在具有障碍物或阶梯性的环境下工作，大大提升了机器人的使用价值[2]。
双足机器人的运用场所广，在工业、农业、军事方面均有涉及。在工业、农业方面，设计研发机器人可代替工人在高温等复杂环境下的工作，即可提高产业效率也能提高工人工作安全性。在军事领域，研发机器人，进行军事侦查，大大避免了士兵的伤亡。
1.2 研究现状
机器人行业的发展，催生分支出了双足机器人的设计研制，双足机器人研发已有数十年的历史。国外的研发工作早于国内进行，日本在机器人开发领域处于世界领先前列[3]。早期的日本在双足机器人方面已取得较优异的成果，日本早稻田大学的机器人之父——加藤一郎在1967年仿人体腿部研制出了下肢双足机器人WL1[4]，使用了六个自由度，虽然当时的灵活性不强，但却在一定程度上打造了世界双足机器人“雏形”。之后，陆续研发了WAP1等双足机器人。
1986年，日本本田公司开始研制双足替换步行机器人E0，然而每个步伐小且运行缓慢，一个脚步的运行大致需要5S时间，且该机器人只能沿直线运动[5]。虽然功能存在不足，但为双足机器人的后续研发提供的有力的帮助。
2012年日本索尼公司研发的仿人双足机器人——QRIO机器人。一款会“跑”的双足机器人，该机器人的跑并非像人类定义的一样，而是只能够实现双足行走时离开地面的短暂性非接触性状态，可以达到行走20ms非接触性状态[6]。并且该机器人不仅实现了行走，还能实现越40ms的跳跃，为双足机器人与人类的足部运动进一步的拉近了距离。如图1为索尼QRIO机器人。
在2013年，日本资深的机器人研发处——早稻田大学推出一款全新的双足机器人：WABIAN2R,被誉为至今走路最像人类的机器人,该机器人能表演与人类相当的动作，规格高度为1.48米，重64公斤，由41个自由度构成[7]。大多数的机器人在运行时双足以平行于地面的方式着地，而WABIAN2R有着弯曲的足弓和灵活的脚趾，它的脚跟能着地，能抬起脚趾。这是一个进步，虽然和人类走路相比仍然存在差异。
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图1 索尼QRIO机器人
国内双足机器人研发工作始于上世纪80年代，虽然研发起步晚，但也取得不错的成果。哈尔滨工业大学在1985着手开展双足机器人的研发工作，先后研发了HITI、HITII、HITIII多款步行机器人[8]，从第一代最初的六个自由度到第三代十二个自由度的升级，在动作运行方面也是从最初的细微挪步移动到第三代侧转、上下阶梯等系列动作。
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图2先行者机器人
2000年11月，国防科技大学成功研制出了国内首台具备人型特征的双足机器人，命名“先行者”，该机器人身高1.4米，体重20公斤[9]。如图2所示。实现了平地静态步行与快速自如的动态行走，不仅能在已知环境中行走，也可在小偏差、不确定的环境中行走；行走频率也每6秒1步。使中国跻身进入时间机器人技术行列。

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