小型仿人机器人的设计及步态规划
根据郑元芳理论，可规划出所设计的类人机器人的运动过程和行走步骤：重心左移(假设先迈右腿，左脚支撑)、右腿抬起、右腿放下、重心移到两腿间、重心右移、左腿抬起、左腿放下、重心移到两腿间，共分8个阶段。这里设计的机器人具有避障功能，因此髋关节的侧向旋转自由度必不可少。所设计的机器人不考虑在不规则地面上行走问题，所以可以不设置踝关节的侧向旋转自由度。这样设计出的机器人虽然不能站在不规则的地面上，但可以在平地上完成所有的行走过程，实现前行、后退、转弯等动作。
这样设计出的机器人腿部共有12个自由度，每条腿各6个，即踝关节前向和扭转2个自由度，膝关节前向1个自由度，髋关节有前向、侧向旋转和转向3个自由度。自由度的设置如图2所示。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/188599.htm
2．2 机器人驱动元件的选择
在驱动元件的选择上，早期研究者曾试图模仿人的肌肉运动方式用气动人工肌肉作为双足步行机的驱动元件，这种气动人工肌肉通过橡胶管充气膨胀引起的收缩来代替人体肌纤维的收缩运动，但由于技术水平的限制，人工肌肉在体积和力学特性等方面都与真正肌肉有较大差距，实际效果并不好。目前，大部分机器人采用伺服电机作为驱动元件。伺服电机具有速度快、扭矩大的特点，并配备双向接口，能够监测当前电机位置，因此得到广泛应用，并取得良好效果。
微型伺服电机内部包括一个小型直流马达、一组变速齿轮、一个反馈可调电位器及一块电子控制板，是一种可定位的直流电机，当接收到一个位置指令时，就会运动到指定的位置。微型伺服电机马达具有高力矩、高性能、控制简单、装配灵活、价格低等优点。从各方面因素考虑，本设计选用微型伺服电机作为驱动元件。该设计选用Robotis公司生产的AX-12+伺服电机，电机之间通过串口通信，由主控制器打包传输通信数据。
3 双足机器人步态规划
目前双足机器人的步态规划一般采用两种方法：一种是应用数学手段通过建立机器人的数学模型进行规划，另一种方法是模拟人的行走过程及人的生理结构。该设计采用后者。人类步行运动是以一条腿交替地作为支撑，向前摆动另一条腿，并伴以躯干和手臂的运动而实现的。其过程和机理非常复杂。研究表明：双足机器人在平稳步行的条件下，能够实现上身躯和下肢的运动解耦，并易于对下身躯的各个关节角进行角度规划，因此可利用解耦控制分别控制上身躯和下身躯的运动，并且对下身躯的各个关节角实施规划。因此。分析和模拟人类的步行运动时，应重点抓住下肢的主要动作特点和要领。
3．1 人体步态周期研究
人体在行走的过程中，其重心不断地周期性移动和改变，在任何时刻至少有一只脚与地面接触，而其中一段是两只脚同时着地。单支撑和双支撑交替进行，但只有单支撑和双支撑在行走周期中所占比例合理，才能保持身体平衡。以一个周期为研究对象，比例分配如图3所示。
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