双足机器人设计：平衡与动作控制详解

随着科技的飞速发展，本文档聚焦于本科设计中的一个重要领域——双足行走机器人的设计与实现。自上世纪六十年代以来，机器人技术经历了从早期的概念验证到实际应用的飞跃，如早稻田大学在1973年的创新成果标志着一个新时代的开启。机器人行走能力的提升，尤其是双足行走，对于机器人的智能化研究至关重要，因为它涉及到动态平衡、运动规划以及复杂的力学问题。 该设计目标明确，旨在研究和实现一个具备基本行走功能的双足机器人。设计的核心是一块8位Arduino控制芯片，它作为整个系统的控制中枢，通过其强大的编程能力和丰富的输入输出接口来管理机器人的行为。两块不同电压的电源（7.2V和3.3V）为系统提供了稳定可靠的能源供应。 为了模拟人类的下肢运动，设计者采用了六个盛辉995舵机，分别对应机器人脚部的脚、膝和髋关节。这些舵机通过精确的脉宽调制（PWM）信号控制，实现了关节的灵活运动，从而使得机器人能够执行前进、后退和翻转等动作。机械结构的精心设计和组装确保了这些关节的协同工作，以保持机器人在行走过程中的稳定性和平衡。 硬件部分着重于如何构建和优化机器人的机械结构，包括如何设计和调整关节的连接方式，以及如何通过传感器和反馈机制实时监控和调整姿态。软件设计则是关键，文档详细阐述了如何利用Arduino的底层编程语言来编写控制算法，以及如何通过编写Pwm类的代码来精确控制舵机的转动，实现步态规划和动作协调。 此外，软件设计还包括了实时数据处理、错误检测与纠正机制，以及与外部环境交互的能力。整个设计流程强调了理论与实践的结合，从系统设计、硬件搭建，到软件编程、调试和测试，全面展示了双足机器人设计与实现的全过程。 关键词“机器人”、“单片机”和“机械结构”在这篇文章中起着核心作用，分别代表了研究的主题、控制平台和技术实现手段。通过对这些关键词的理解，读者可以深入理解双足行走机器人设计的关键要素和技术挑战，为未来的机器人研究和开发提供了宝贵的参考。