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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報 告
設(shè)計(jì)(論文)題目： 擬人步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 學(xué) 號：
?！ I(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
年 月 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的框架成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
5.開題報告（文獻(xiàn)綜述）字體請按宋體、小四號書寫，行間距1.5倍。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫不少于1000字的文獻(xiàn)綜述：
1.1 引言
什么是機(jī)器人呢?在國際上，關(guān)于機(jī)器人的定義很多，出發(fā)點(diǎn)各不相同，有的強(qiáng)調(diào)工業(yè)機(jī)器人特征，有的側(cè)重于智能機(jī)器人。美國機(jī)器人協(xié)會認(rèn)為“機(jī)器人是一種用于移動各種材料、零件的工具或?qū)Ｓ醚b置；是通過程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機(jī)”，顯然該定義指的是工業(yè)機(jī)器人，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)也有類似的定義。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(JIRA)定義機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的且能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器。有些定義直接把機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人兩種情況來解釋，認(rèn)為工業(yè)機(jī)器人是“一種能夠執(zhí)行與人的上肢(手和臂)類似動作的多功能機(jī)器”，智能機(jī)器人是“一種具有感覺和識別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器”。我國的蔣新松院士曾建議把機(jī)器人定義為“一種擬人功能的機(jī)械電子裝置”。盡管定義各不相同，但有共同之處，即認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)具有下列特征:
（1）像人或人的上肢，并能模仿人的動作；
（2）具有智力或感覺與識別能力；
（3）是人造的機(jī)械或機(jī)械電子裝置。
當(dāng)然，隨著機(jī)器人的進(jìn)化和其智能的發(fā)展，這些定義很難涵蓋其本質(zhì)，有必要修改[1]。
1.2 機(jī)器人的發(fā)展及技術(shù)
1.2.1 機(jī)器人的發(fā)展
20世紀(jì)40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術(shù)的出現(xiàn)，關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的研究開始出現(xiàn)。60年代美國的 Consolidatedcontry公司研制出第一臺機(jī)器人樣機(jī)，并成立了Unimation公司，定型生產(chǎn)了Unimate機(jī)器人。20世紀(jì)70年代以來，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，機(jī)器人技術(shù)逐漸發(fā)展為專門學(xué)科。1970年，第一次國際機(jī)器人會議在美國舉行。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機(jī)器人已進(jìn)入了實(shí)用化階段。目前，盡管關(guān)于機(jī)器人的定義還未統(tǒng)一，但一般認(rèn)為機(jī)器人的發(fā)展按照從低級到高級經(jīng)歷了三代。第一代機(jī)器人，主要指只能以“示教一再現(xiàn)”方式工作的機(jī)器人，其只能依靠人們給定的程序，重復(fù)進(jìn)行各種操作。目前的各類工業(yè)機(jī)器人大都屬于第一代機(jī)器人。第二代機(jī)器人是具有一定傳感器反饋功能的機(jī)器人，其能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，機(jī)器人按照己編好的程序做出一定推理，對動作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級的智能。當(dāng)前，對第二代機(jī)器人的研究著重于實(shí)際應(yīng)用與普及推廣上。第三代機(jī)器人是指具有環(huán)境感知能力，并能做出自主決策的自治機(jī)器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中可獨(dú)立行動。第三代機(jī)器人又稱為智能機(jī)器人，并己成為機(jī)器人學(xué)科的研究重點(diǎn)，但目前還處于實(shí)驗(yàn)室探索階段。機(jī)器人技術(shù)己成為當(dāng)前科技研究和應(yīng)用的焦點(diǎn)與重心，并逐漸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)等方面發(fā)揮巨大作用。可以預(yù)見到，機(jī)器人將在21世紀(jì)人類社會生產(chǎn)和生活中扮演更加重要的角色。
1.2.2 機(jī)器人技術(shù)
機(jī)器人學(xué)是一門發(fā)展迅速的且具有高度綜合性的前沿學(xué)科，該學(xué)科涉及領(lǐng)域廣泛，集中了機(jī)械工程、電氣與電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動控制工程、生物科學(xué)以及人工智能等多種學(xué)科的最新科研成果，代表了機(jī)電一體化的最新成就。機(jī)器人充分體現(xiàn)了人和機(jī)器的各自特長，它比傳統(tǒng)機(jī)器具有更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用范圍。機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類生產(chǎn)和社會進(jìn)步的需要，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)工具進(jìn)化的必然。目前，機(jī)器人及其自動化成套裝備己成為國內(nèi)外備受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，與此同時它正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農(nóng)業(yè)、服務(wù)、娛樂等各個領(lǐng)域滲透。目前，雖然機(jī)器人的能力還是非常有限的，但是它正在迅速發(fā)展。隨著各學(xué)科的發(fā)展和社會需要的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)了許多新的發(fā)展方向和趨勢，如網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人技術(shù)、虛擬機(jī)器人技術(shù)、協(xié)作機(jī)器人技術(shù)、微型機(jī)器人技術(shù)和雙足步行機(jī)器人技術(shù)等。人們普遍認(rèn)為，機(jī)器人技術(shù)將成為緊隨計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后的又一次重大的技術(shù)革命，它很可能將世界推向科學(xué)技術(shù)的新時代[2]。
1.3 雙足機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)及國內(nèi)外研究概況
1.3.1 雙足步行機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)
機(jī)器人是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，因?yàn)槿藗兛偸窃O(shè)法讓機(jī)器來代替人的繁重工作，從而發(fā)明了各種各樣的機(jī)器。機(jī)器的發(fā)展和其它事物一樣，遵循著由低級到高級的發(fā)展規(guī)律，機(jī)器發(fā)展的最高形式必然是機(jī)器人。而機(jī)器人發(fā)展的最高目標(biāo)是制造出像人一樣可以行走和作業(yè)的機(jī)器人，也就是擬人機(jī)器人。因?yàn)樗哂辛己玫沫h(huán)境適應(yīng)性，并且這種優(yōu)秀品質(zhì)在高低不平的路面上以及具有障礙物的空間里更加突出，所以與之相關(guān)的問題己經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。擬人機(jī)器人的研制工作開始于20世紀(jì)60年代，短短的幾十年時間內(nèi)，其研制工作進(jìn)展迅速。步行機(jī)器人的研制工作是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，機(jī)器人的移動方式主要包括輪式、履帶式、爬行式、蠕動式以及步行等方式。對輪式和履帶式移動機(jī)器人的研究主要集中在自主運(yùn)動控制上，如避障路徑規(guī)劃等。這兩種機(jī)器人過分依賴于周圍環(huán)境，應(yīng)用范圍受限。爬行和蠕動式機(jī)器人主要用于管道作業(yè)，具有良好的靜動態(tài)穩(wěn)定性，但速度較低。常見的步行機(jī)器人有雙足、四足和六足等情況。自然界事實(shí)、仿生學(xué)以及力學(xué)分析表明:在具有許多優(yōu)點(diǎn)的步行機(jī)器人中，雙足步行機(jī)器人因其體積相對較小，對非結(jié)構(gòu)性環(huán)境具有較好的適應(yīng)性，避障能力強(qiáng)，移動盲區(qū)很小等優(yōu)良的移動品質(zhì)，格外引人注目。首先，對于支撐路面，雙足步行機(jī)器人的要求很低，理論上只需要分散的、孤立的支撐點(diǎn)，就可以通過機(jī)器人自行選擇最佳的支撐點(diǎn)，獲得最佳的移動性能。而輪式移動機(jī)器人通常要求連續(xù)的、硬質(zhì)的支撐路面，對于惡劣的支撐路面，它只能被動的適應(yīng)。其次，在存在障礙物的情況下，雙足步行機(jī)器人能夠跨越與自身腿長相當(dāng)?shù)恼系K物，甚至跳越障礙，而輪式移動機(jī)器人僅能滾越尺寸小于輪子半徑的障礙物。機(jī)器人力學(xué)計(jì)算表明，足式步行機(jī)器人的能耗通常低于輪式和履帶式[7]。
1.3.2 雙足步行機(jī)器人的步行特點(diǎn)及研究意義
世界著名機(jī)器人專家，日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授曾經(jīng)指出“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大的特征之一是步行功能”。一般說來，機(jī)器人的步行方式有兩種，即靜態(tài)步行與動態(tài)步行。靜態(tài)步行是指低速步行，不考慮慣性力，機(jī)器人在行走過程中只需要滿足靜力平衡條件，即重心要始終保持在支撐腳區(qū)域內(nèi):動態(tài)步行與之不同，必須考慮慣性力的影響，行走過程中要滿足動態(tài)平衡，即控制系統(tǒng)的零力矩點(diǎn)(zMP)始終在支撐腳的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。動態(tài)步行具有速度快效率高等優(yōu)點(diǎn)。靜態(tài)步行可以看作動態(tài)步行的特例。和輪式、履帶式、爬行式、蠕動式等機(jī)器人相比，雙足步行機(jī)器人在具有上述難以取代的優(yōu)越性的同時，也存在很多的技術(shù)難關(guān)，穩(wěn)定步行和高速運(yùn)動都困難的。雙足步行機(jī)器人系統(tǒng)存在著高階、強(qiáng)耦合、多變量及非線性等特性，這些特性使得雙足步行機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的精確求解非常困難，而且也沒有十分理想的理論或方法來求解逆運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)解析解，只有外加一些限制條件，如能量消耗最小，峰值力矩最小來求解運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的近似解，這往往導(dǎo)致了機(jī)器人的規(guī)劃運(yùn)動與實(shí)際運(yùn)動有較大的出入。所以，迄今為止雙足步行機(jī)器人還是以“靜步行”為主，特點(diǎn)是步速較低、步幅較小，其運(yùn)動性能與人類相比還相距甚遠(yuǎn)。由于步行機(jī)器人的發(fā)展受到機(jī)構(gòu)學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、數(shù)學(xué)方法、仿生學(xué)等學(xué)科發(fā)展程度的制約，還處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，距離真正意義上的擬人機(jī)器人還有相當(dāng)?shù)木嚯x[10]。在這一領(lǐng)域內(nèi)還有許多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q。雙足步行是生物界最難的動作，它的完美實(shí)現(xiàn)必然要求機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面產(chǎn)生巨大的變革和創(chuàng)新，從而有力地推動相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。同時，雙足步行機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)、多驅(qū)動、多傳感器，而且具有冗余自由度，這給控制研究帶來很大困難，也相應(yīng)的給各種控制策略和優(yōu)化方法提供了理想的試驗(yàn)平臺，因此，對雙足步行機(jī)器人的研究具有很高的理論價值，引起國內(nèi)外無數(shù)專家學(xué)者的矚目[4]。為了促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)在我國的發(fā)展，全國各地尤其是部分高校舉辦了各種類型的機(jī)器人大賽。中國機(jī)器人大賽是由中國自動化學(xué)會機(jī)器人競賽工作委員會和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心主辦的一個全國性的賽事。其中最為引人矚目的舞蹈機(jī)器人項(xiàng)目就是為了促進(jìn)雙足步行機(jī)器人的發(fā)展而設(shè)立的。由于步行機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)目前還存在很多技術(shù)難題，前幾屆由中國科技大學(xué)主辦的舞蹈機(jī)器人大賽基本上是以輪式機(jī)器人為主，還沒有出現(xiàn)步行機(jī)器人參賽。由此可見，雙足步行機(jī)器人的發(fā)展還有一段很長的路要走。研制雙足步行機(jī)器人的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是步態(tài)規(guī)劃。所謂的步態(tài)，是指在步行過程中，步行本體的身體各部位在時序和空間上的一種協(xié)調(diào)關(guān)系;步態(tài)規(guī)劃就是給出機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置與時間的關(guān)系，是雙足步行機(jī)器人研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是難點(diǎn)之一。步態(tài)規(guī)劃的好壞將直接影響到雙足步行機(jī)器人的行走穩(wěn)定性、美觀性以及各關(guān)節(jié)所需驅(qū)動力矩的大小等多個方面，已經(jīng)成為雙足步行機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；谏鲜鲈?，本課題擬進(jìn)行雙足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃研究，研制具有高度穩(wěn)定性的雙足步行機(jī)器人平臺，為進(jìn)一步的擬人機(jī)器人研制奠定基礎(chǔ)。
1.3.3 國外研究概況
擬人機(jī)器人的研究是一個很誘人、難度很大的研究課題。關(guān)于這方面的研究日本走在了世界的前列。早稻田大學(xué)理工學(xué)部1973年建立了“人格化機(jī)器人”研究室，曾開發(fā)出不少擬人機(jī)器人系統(tǒng)。例如會演奏鋼琴的機(jī)器人、雙足步行機(jī)器人以及電動假肢等。該研究室的帶頭人高西淳夫教授說:“人格化機(jī)器人的一個很大特征就是它具有與人類相近的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人與人類的共存是我們研究開發(fā)的課題之一”。當(dāng)今世界，有“機(jī)器人王國”之稱的日本在雙足步行機(jī)器人研究領(lǐng)域處于絕對領(lǐng)先地位，具有代表性的研究機(jī)構(gòu)有加藤實(shí)驗(yàn)室、日本早稻田大學(xué)、日本東京大學(xué)、日本東京理工學(xué)院、日本機(jī)械學(xué)院、松下電工、本田公司和索尼公司等。日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授于1968年率先展開了雙足步行機(jī)器人的研制工作，并先后研制出場系列樣機(jī)若干年研制出P-1平面自由度步行機(jī)器人，該機(jī)器人具有六個自由度，每條腿有骼、膝、踩三個關(guān)節(jié)；關(guān)節(jié)處使用人造橡膠肌肉，通過充氣、排氣引起肌肉收縮，肌肉的收縮牽引關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動從而實(shí)現(xiàn)步行。1971年，研制出WAP-3型雙足機(jī)器人，仍采用人工肌肉，具有11個自由度，能在平地、斜坡和階梯上行走。該機(jī)器人重130kg高0.9m，實(shí)現(xiàn)步幅15cm，每步455的靜態(tài)步行；同年又研制出WL-5雙足步行機(jī)器人，該機(jī)器人采用液壓驅(qū)動，具有11個自由度，下肢作三維運(yùn)動，上軀體左右擺動以實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人重心的左右移動。1973年，在WAP-5的基礎(chǔ)上配置機(jī)械手及人工視覺、聽覺等裝置組成自主式WAROT-1。1980年，推出WL-9DR(Dynam Refined)雙足機(jī)器人，該機(jī)器人采用預(yù)先設(shè)計(jì)步行方式的程序控制方法，通過對步行運(yùn)動的分析及重復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步態(tài)軌跡，用設(shè)計(jì)出的步態(tài)控制機(jī)器人的步行運(yùn)動，該機(jī)器人采用了以單腳支撐期為靜態(tài)，雙腳切換期為動態(tài)的準(zhǔn)動態(tài)步行方案，實(shí)現(xiàn)了步幅45cm，每步95的準(zhǔn)動態(tài)步行。1984年，研制出采用踝關(guān)節(jié)力矩控制的WL-10DR雙足機(jī)器人，增加了踝關(guān)節(jié)力矩控制，將一個步行周期分為單腳支撐期和轉(zhuǎn)換期。1986年，又成功研制了wL- 12(R)雙足機(jī)器人，該機(jī)器人通過軀體運(yùn)動來補(bǔ)償下肢的任意運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了步行周期23秒，步幅30cm的平地動態(tài)步行。代表雙足步行機(jī)器人和擬人機(jī)器人研究最高水平的是本田公司和索尼公司。本田公司從1986年至今已經(jīng)推出了Pl，PZ，P3系列機(jī)器人，在PZ和P3中，使用了大量的傳感器：陀螺儀(測定上體偏轉(zhuǎn)的角度和角速度)、重力傳感器、六維力/力矩傳感器和視覺傳感器等，利用這些傳感器感受機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)和外界環(huán)境的變化，并基于這些傳感器對下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)動態(tài)步行。并且于2000年11月20日，推出了新型雙足步行機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了與人一樣自然行走的新姿態(tài)控制技術(shù)，自律連續(xù)移動技術(shù)以及可順暢地與人同步動作的技術(shù)等，使其更容易適應(yīng)人類的生活空間，通過提高雙腳步行技術(shù)使其更接近人類的步行方式。雙腳步行技術(shù)方面采用了新開發(fā)的技術(shù),雙腳步行技術(shù)的基礎(chǔ)上組合了新的“預(yù)測運(yùn)動控制功能”，它可以實(shí)時預(yù)測以后的動作，并且據(jù)此事先移動重心來改變步調(diào)。以往由于不能進(jìn)行“預(yù)測運(yùn)動控制”，當(dāng)從直行改為轉(zhuǎn)彎時，必須先停止直行動作，然后才可以轉(zhuǎn)彎。索尼公司于2000年11月21日推出了人形娛樂型機(jī)器人SDR-3X(Sony DreamRobot一3x)。SDR一3X：頭部2個、軀干2個、手臂 4×2個、下肢和足部6×2個，共計(jì)24個自由度。2001年7月，川田工業(yè)公司的航空機(jī)械業(yè)務(wù)部開發(fā)出了研究用類人型雙足步行機(jī)器人。該機(jī)器人身高146.8cm，體重55kg，關(guān)節(jié)自由度全身合計(jì)32個。通過使用具有搖桿(Joystick)的操作部件，可以令該機(jī)器人向任何方向自由步行。該產(chǎn)品在腳趾處安裝有關(guān)節(jié)，從而提高了步行的速度，并且能夠爬上最高階差為25cm的樓梯。2002年6月12日，機(jī)器人世界杯國際委員會宣布將從2002年6月20日起在日本的福岡與韓國的釜山舉行機(jī)器人世界杯大賽。從該屆起，將增設(shè)雙足步行機(jī)器人的足球賽事。這標(biāo)志著機(jī)器人選手參加的世界杯又向人類走近了一步。該大賽的目標(biāo)是“在2050年之前，制造出能夠戰(zhàn)勝當(dāng)時世界冠軍隊(duì)的自律型機(jī)器人隊(duì)伍”，這一夢想將由雙足步行機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)。2005年1月12日，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的比留川博等人開發(fā)出一臺取名“H-2”擬人機(jī)器人亮相東京。該機(jī)器人身高154cm，體重 58kg。研究人員先請民間藝術(shù)家跳舞，用特殊攝像機(jī)拍攝后將畫面輸入電腦，并對手、腳、頭、腰等32個部位的動作進(jìn)行解析，然后把有關(guān)解析數(shù)據(jù)輸入給機(jī)器人，最后利用這些數(shù)據(jù)來控制機(jī)器人手的動作和腳步等，使“HRP-2”可以和人一樣動作連貫,翩翩起舞。除了日本之外，美國、英國、法國等也對步行機(jī)器人做了大量的基礎(chǔ)理論研究和樣機(jī)研制工作，并取得一定成就。美籍華人鄭元芳博士是美國雙足步行機(jī)器人研究者中一位非常杰出的人物。他基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研制出兩臺雙足步行機(jī)器人，分別命名為SD-1和SD-2，SD-1具有4個自由度，SD-2具有8個自由度，其中SD-2是美國第一臺真正類人的雙足步行機(jī)器人。他利用SDR-2于 1986年實(shí)現(xiàn)了平地上的前進(jìn)、后退以及左、右側(cè)行；1987年，又成功地實(shí)現(xiàn)了動態(tài)步行。1971年至1986年間，英國牛津大學(xué)的Witt等人制造并完善了一個雙足步行機(jī)器人，該機(jī)器人在平地上行走良好，步速達(dá)0.23m/s。前面所述的研究主要是關(guān)于主動式步行機(jī)器人(靠關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動)。加拿大的d·McGeer主要研究被動式雙足步行機(jī)器人，即在無任何外界輸入的情況下，靠重力和慣性力實(shí)現(xiàn)步行運(yùn)動。1989年，他建立了平面型的雙足步行機(jī)構(gòu)，兩腿為直桿機(jī)構(gòu)，沒有膝關(guān)節(jié)，每條腿上各有一個小電機(jī)來控制腿的伸縮，無任何主動控制和能量供給，放在斜坡上，可依靠重力實(shí)現(xiàn)動態(tài)步行。目前，主動和被動式雙足步行機(jī)器人在研究上很少互相借鑒。
1.3.4 國內(nèi)研究概況
國內(nèi)雙足步行機(jī)器人的研制工作起步較晚，我國是從20世紀(jì)80年代開始雙足步行機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃，1987年，我國的“863”高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機(jī)器人研究與應(yīng)用開發(fā)的單位主要是高校和有關(guān)科研院所等。最初我國進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)研究的主要目的是跟蹤國際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，隨后取得了一定的成就。自1985年以來，相繼有幾所高校進(jìn)行了這方面的研究并取得了一定的成果，其中以哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國防科技大學(xué)較為成果顯著。在自然科學(xué)基金和國家“863”計(jì)劃的支持下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)自1985年開始研制雙足步行機(jī)器人，迄今為止己經(jīng)完成三個型號的研制工作。1988年哈工大HIT-I型雙足步行機(jī)器人問世，HIT-I型雙足步行機(jī)器人具有10個自由度，重100kg，高1.2m，關(guān)節(jié)由直流伺服電機(jī)驅(qū)動，屬于靜步態(tài)行走。HIT-Ⅰ具有12個自由度，該機(jī)器人髖關(guān)節(jié)和腿部結(jié)構(gòu)采用了平行四邊形結(jié)構(gòu)。HIT-Ⅱ具有12個自由度，踝關(guān)節(jié)采用兩電機(jī)交叉結(jié)構(gòu)，同時實(shí)現(xiàn)了兩個自由度，腿部結(jié)構(gòu)采用了圓筒形結(jié)構(gòu)。HIT-Ⅲ實(shí)現(xiàn)了靜步態(tài)行和動步態(tài)步行，能夠完成前/后行、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺階及上斜坡等動作。1988年春，國防科技大學(xué)成功研制出我國第一臺平面型六自由度的雙足機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)前進(jìn)、后退和上下樓梯；1989年，他們又實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)動態(tài)步行。1990年，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的全方位行走；2000年2月30日，國防科技大學(xué)在自1986年開始研制的雙足步行機(jī)器人的基礎(chǔ)上，成功研制出我國第一臺擬人機(jī)器人“先行者”，并通過國家“863”項(xiàng)目專家組驗(yàn)收。與該校1990年成功研制的雙足步行機(jī)器人相比，其行走頻率從過去的6秒每步提高到每秒兩步；從只能平地靜態(tài)步行，到能快速自如地動態(tài)步行;從只能在己知環(huán)境下步行，到可在小偏差、不確定環(huán)境下行走，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破。2003年1月取名為BRH-1的仿人機(jī)器人在北京理工大學(xué)通過國家“863”項(xiàng)目組的驗(yàn)收。這個機(jī)器人身高1.58m，體重76kg，具有32個自由度，每小時能夠行走1km，步幅0.33m。驗(yàn)收專家認(rèn)為該機(jī)器人在系統(tǒng)集成、步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)了重大的突破。仿人機(jī)器人課題組負(fù)責(zé)人、北京理工大學(xué)教授李科杰認(rèn)為:目前“BHR-1”仿人機(jī)器人己經(jīng)能夠根據(jù)自身力覺、平衡覺等感知機(jī)器人自身的平衡狀態(tài)和地面高度的變化，實(shí)現(xiàn)在未知地面上的穩(wěn)定行走和太極拳表演，使中國成為繼日本之后，第二個研制出無外接電纜行走，集感知、控制、驅(qū)動、電源和機(jī)構(gòu)于一體的高水平仿人機(jī)器人國家。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報 告
2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題要研究或解決的問題:
本課題主要設(shè)計(jì)是在原有的雙足步行機(jī)器人的理論基礎(chǔ)上，利用雙足步行機(jī)器人組成及工作原理，同時利用相應(yīng)的CAD軟件，對雙足步行機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的雙足步行機(jī)器人是在原有的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修量小、性能穩(wěn)定、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
本課題主要研究內(nèi)容：
雙足步行機(jī)器人的發(fā)展歷史，用途，組成及工作原理；雙足步行機(jī)器人 的特點(diǎn)；設(shè)計(jì)的一般步驟；使用中存在的問題及改進(jìn)措施；安裝和維護(hù)等內(nèi)容。在本次雙足步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，著重對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。對重要的部件進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度的校核，根據(jù)其常見失效形式、影響因素及基本設(shè)計(jì)要求，給出了重要部件的受力分析、強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)方法。
第一章簡述了雙足步行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，介紹了幾種典型的雙足步行機(jī)器人的技術(shù)原理。并對與本文提及的雙足步行機(jī)器人進(jìn)行了調(diào)查和分析。
第二章介紹了雙足步行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和原理。
第三章針對雙足步行機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程，書寫說明書。
擬采用的研究手段（途徑）：
本課題的研究需要查閱大量的資料，我要先到學(xué)校圖書館查閱與本課題有關(guān)的書籍和資料本，同時上網(wǎng)瀏覽最新的有關(guān)課題的文獻(xiàn)資料在本次設(shè)計(jì)中，我們不僅僅能提高專業(yè)知識，還提高了查閱專業(yè)設(shè)計(jì)手冊、圖冊的能力，并熟悉相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，鍛煉獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，提高操作繪圖軟件繪制工程圖的熟練度等。重要的是能讓我們將理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中去，提高實(shí)踐能力。 提出了一種雙足步行機(jī)器人。提高的裝置整體的效率和穩(wěn)定性。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
3.是否同意開題：□ 同意 □ 不同意
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
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