文档介绍：1 绪论
引言
机器人是一种典型的机电一体化产品,仿人型机器人是机器人研究领域的热点。
研究仿人型机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸
多学科知识,同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。双足步行机器人是仿人型
机器人的一种。.
1959 年,世界上诞生了第一台工业机器人,开创了机器人发展的新纪元。随着科
学技术的发展,仿人型机器人的研究与应用迅猛发展。世界著名机器人专家、日本早
稻田大学的加藤一郎教授说过:“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”。其中
双足行走是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。伟大的发明家爱迪生
也曾说过这样一句话:“上帝创造人类, 两条腿是最美妙的杰作”。双足步行系统具有
非常丰富的动力学特性,对步行的环境要求很低,既能在平地上行走,也能在非结构
性的复杂地面上行走,对环境有很好的适应性。步行功能的具备为扩大机器人的应用
领域开辟了无限广阔的前景。
研究双足步行机器人的原因和目的,主要有以下几个方面:希望研制出双足步行
机构,使它们能在许多结构和非结构环境中行走,以代替人进行作业或延伸和扩大人
类的活动领域;希望更多得了解和掌握人类得步行特性, 并利用这些特性为人类服务,
例如:人造假肢。双足步行系统具有丰富的动力学特性,在这方面的研究可以拓宽力
学及机器人的研究方向;双足步行机器人可以作为一种智能机器人在人工智能中发挥
重要的作用。
科幻小说和电影作品中,人们将像人一样行走、思考、行为的机器人作为机器人
研究的最高境界。科学工作者也一直将实现类人行为的机器人作为工作的最高目标去
追求。步行机器人特别是双足步行机器人的研究是整个类人机器人研究的前奏,是实
现类人机器人的必不可少的一个环节。在具有许多优点的步行机器人中,由于双足步
行机器人体积较小,所以他们对环境有最好的适应性。这种机器人除结构较简单外,
在静、动态稳定步行方面,都是最困难的,但这种困难并不是不能克服。实用的双足
步行机器人由两条腿和平台(腰部)组成。腿的作用是为平台提供移动能力,而平台
的作用则是提供一个基础,D 摄像机、机载计算机控制系统和电
池等。显然,这种带机械手的双足步行机器人外形上更像人,能非常灵活地从事较多
的工作。但是,对于这种双足步行机器人来说,平台的稳定性对于有效地控制机械手
末端操作器的位置和姿态是至关重要的,而两条腿的步态又对平台的稳定性起决定作
用。因此,如何规划好腿的步态,协调地控制两条腿的运动以保持平台及整个双足步
行机器人的稳定就成为一个主要问题。双足步行机器人可以是很复杂的系统,当然也
可以是构造简单的系统。
机器人的发展及技术
机器人的发展
20 世纪 40 年代,伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现,关于机器人技术的
研究开始出现。60 年代美国的 ConsolidatedContr01 公司研制出第一台机器人样机,
并成立了 Unimation 公司,定型生产了 Unimate 机器人。20 世纪 70 年代以来,工业
机器人产业蓬勃兴起,机器人技术逐渐发展为专门学哈尔滨工程大学硕十学位论文。
1970 年,第一次国际机器人会议在美国举行。经过几十年的发展,数百种不同结构、
不同控制系统、不同用途的机器人已进入了实用化阶段。目前,尽管关于机器人的定
义还未统一,但一般认为机器人的发展按照从低级到高级经历了三代。第一代机器人,
主要指只能以“示教-再现”方式工作的机器人,其只能依靠人们给定的程序,重复
进行各种操作。目前的各类工业机器人大都属于第一代机器人。第二代机器人是具有
一定传感器反馈功能的机器人,其能获取作业环境、操作对象的简单信息,通过计算
机处理、分析,机器人按照己编好的程序做出一定推理,对动作进行反馈控制,表现
出低级的智能。当前,对第二代机器人的研究着重于实际应用与普及推广上。第三代
机器人是指具有环境感知能力,并能做出自主决策的自治机器人。它具有多种感知功
能,可进行复杂的逻辑思维,判断决策,在作业环境中可独立行动。第三代机器人又
称为智能机器人,并己成为机器人学科的研究重点,但目前还处于实验室探索阶段。
机器人技术己成为当前科技研究和应用的焦点与重心,并逐渐在工农业生产和国防建
设等方面发挥巨大作用。可以预见到,机器人将在 21 世纪人类社会生产和生活中扮
演更加重要的角色。
机器人技术
机器人学是一门发展迅速的且具有高度综合性的前沿学科,该学科涉及领域广
泛,集中了机械工程、电气与电子工程、计算机工程、自动控制工程、生物科学以及
人工智能等多种学科的最新科研成果,代