沈为清

（江苏财经职业技术学院智能工程技术学院，江苏淮安 223003）

0 引言

双足步行机器人是典型的类人机器人，它凭借运动灵活、躲避障碍能力强及运动盲区小等诸多优势，可以实现双足行走、跨越障碍、上下楼梯等类人动作，能够适应各种非结构性环境地形，取代人类在恶劣环境下完成具有危险性的工作，因此受到许多研究者的关注，成为当前机器人领域的研究热点之一[1]。结构设计和智能控制成为重点研究方向。如韩军等[2]设计了一种摆腰式无膝双足机器人的机械结构，并进行了结构的运动分析；王高亮等[3]设计了一种可以翻滚的交叉足步行机器人；周江琛等[4]基于变质心高度策略，卫春芳等[5]采用多电机协同控制，施群等[6]在可变环境下使用智能仿生算法，董胜等[7]基于运动发散分量动力学分别研究了双足机器人的行走策略、步态规划与位姿控制等问题。本文则进行了一种可以实现类人的交叉步行走的机器人设计，分别从机械结构、控制系统和软件程序3个方面详细论述了机器人的设计过程，设计工作具有一定的实际应用及推广价值。

1 机械结构设计

首先对人类的腿部关节进行运动分析。人类腿部关节的结构示意图如图1 所示，主要由髋关节、膝关节及踝关节组成。其中除膝关节只具有1 个自由度外（即绕3 轴的关节转动），髋关节和踝关节各具有2 个自由度（二者可分别绕1 轴和2轴、4轴和5轴转动）。考虑到过多的自由度会影响机器人双足行走的稳定性，并增加后续步态规划的复杂性，此处进行自由度的简化，将髋关节和踝关节各去除1个自由度，形成单腿3自由度、双腿6自由度的设计方案，如图2所示。……