双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。本文提出了一个双足步行机器人平台Walker-Ⅰ,在借鉴有关资料的基础上,对其进行了本体结构的设计以及自由度的配置,并借助于三维造型软件实施了本体结构的建模。在比较各种驱动装置优缺点的基础上,选择了精度高、维修简单且易于程序控制和集中控制的舵机S5301(FUTABA)为驱动器。 简要给出了进行双足步行机器人建模所必需的齐次变换理论。在杆件坐标系下,基于齐次坐标变换理论对双足步行机器人进行了正逆运动学的建模,为后续的步态规划奠定了基础。运用拉格朗日动力学方程对简化的机器人模型分别在单、双脚支撑期进行了动力学建模,得到了一个便于控制的动力学模型。 基于线性倒立摆模型理论推导出前向平面内双足步行机器人能够实现稳定动态步行的ZMP条件,并讨论了侧向平面内的步行稳定性。基于ZMP稳定条件,通过三次样条插值对双足步行机器人的脚步轨迹以及髋关节轨迹进行了参数化规划,在规划中力求满足稳定裕量最大化。结合逆运动学公式,对其它关节角进行了规划。基于Matlab对规划出的结果进行了计算机仿真,并说明规划的合理性与有效性。起步与停步也是双足步行机器人实现稳定行走的一个重要方面,但已有的研究很少涉及,作者对起始步态和停止步态作了深入的讨论。应当指出,如果选择合理的参数,可以通过该步态规划方法获得有障碍物下的行走、非平整地面上的行走以及上下楼梯等特定步行方式下所需要的步态。该规划方法具有良好的适应性,为双足步行机器人的研制提供了理论依据。