竞足机器人的结构设计
摘要：竞足机器人具有人类行走的特征，相对其它移动机器人的移动方式，竞足机器人行走时交替接触地面，能够通过选择支撑点，实现不同环境下的稳定行走，灵活性好。进行竞足机器人研究，具有重要的学术意义和应用价值。步态与路径规划是竞足机器人研究领域的重要研究课题。本文对步态建模与规划、行走路径建模与规划、机器人控制器设计、调试与试验等进行了研究。
关键词：竞足机器人，步态规划，路径规划，蚁群算法
(一）国内外发展概况
竞足行走机器人能够在人类的生活和工作环 境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大 规模改造。所以双足行走机器人具有广阔的应用领域，特别是作为残疾人(下肢瘫痪者或截肢者)提供室内和户外行走工具、极限环境下代替人工作业等方面更是具有不 可替代的作用。随着机器人技术研究的深入和发展, 人们越来越倾向于研究类似于人类, 能够模仿人类特定行为的类人机器人。
竞足行走机器人属于类人机器人，典型特点是机器 人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节。并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一 定角度的相对转动。
国内对于机器人样机的研究起步较晚，对于双足步行机器人的研究始于上世纪年代。目前已经取得了一定的成果。其中比较有代表性的有：哈尔滨工业大学、国防科技大学、北京理工大学、中国科学院自动化所和浙江大学等。
1985年，哈尔滨工业大学开始从事双足步行机器人的科研工作，到1988年，哈工大开发出了型双足步行机器人。它具有10个自由度，高120cm重100kg其转动关节由直流伺服电机构成，实现了静态步行；机器人的腿部有12个自由度，骸关节和課关节都采用平行四边形结构；机器人（图具有12个自由度，髋关节用两电机轴线垂直相交的结构同时实现了两个自由度。腿部采用了圆筒形结构，能够完成前后行走、侧行、转弯等动作。2003年，HIT型仿人步行机器人（图在哈尔滨工业大学航天学院完成初步研制，有52个自由度。在运动速度和平衡性方面都优于前三型静态行走机器人，已接近于动态行走。2005年研制出具有个自由度的足球机器人（图年研制了中国首台带有面部表情的仿人机器人。
2000年11月，国防科技大学研制出了人形机器人一先行者。其身高140cm，体重20kg，共有个自由度，具有与人类相似的结构，具备一定的语言能力，能够在起伏不大的路面上实现周期为秒的动态直线行走，左右侧行和左右转弯等动作。
