仿人机器人一直是机器人领域研究的热点,它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、信息工程、自动控制工程以及人工智能和仿生学等多种学科的最新科研成果,代表了机电一体化的最高成就,是目前科技发展最活跃的领域之一。课题旨在设计一种小型仿人机器人平台,在此基础上对仿人机器人的步行机理进行研究。本文以仿人机器人为研究对象,主要做了以下几方面的工作:首先,回顾和总结了仿人机器人的研究历史和发展现状,对国内外各主要研究机构设计的仿人机器人进行了分析和对比,阐述了仿人机器人步态行走的规划发展,提出本文研究的主要内容。接着,根据人体结构比例给出了仿人机器人的总体尺寸,确定满足机器人步行运动最小条件下的自由度配置,选择微型伺服马达作为驱动元件、镁铝合金为机器人制作材料,采用C8051F015单片机作为机器人的控制器,设计单个通用定时器控制8路舵机的控制系统,在以上研究的基础上完成小型仿人机器人系统的设计。其次,对机器人离线规划采用离线三点式准动态规划法。首先对静态步行和准动态步行的稳定性要求进行了分析和比较,详细的介绍ZMP(零力矩点)稳定性判据,然后结合对人类行走步态的研究,规划机器人行走姿态。在此基础上利用三次样条插值规划踝关节轨迹和髋关节轨迹,其它关节的轨迹可以通过关节之间的几何关系得到,最终获得机器人行走时各关节的转角曲线。最后给出ZMP的定义,推导了其求解公式,并通过ZMP判定原则证明了步态的稳定性。再次,利用三维机械建模软件Pro/E和动力学仿真软件ADAMS建立了仿人机器人的虚拟样机,利用ADSMS的近似拟合曲线函数AKISPL,将Matlab曲线导入ADAMS,建立机器人角位移跟踪样条曲线,从而实现机器人关节按照规划的轨迹运动的虚拟样机仿真。最后,运用ADAMS/PostPocessor模块对机器人仿真获得行走时的动态图像及实验数据进行分析,验证步态规划方法的可行性。在虚拟样机获得良好步态前提下,将机器人关节运动曲线转换成微型伺服马达可以识别的PWM信号,实现物理样机的稳定行走,进一步验证理论研究的正确性和有效性。