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案例二:双足行走机器人

案例简介

制作一个双足行走机器人,通过基本的连杆机构,实现简单的双足行走机器人。

教学准备

名称图示
哪吒Pro AI机械动力套装

教学目标

完成双足行走机器人的搭建,掌握双足腿部连杆机构的组装技巧,能正确连接并调试电机,实现机器人的基本行走动作。

理解双足行走的平衡原理,认识连杆机构在模拟人类 / 动物腿部运动中的作用,区分双足与四足行走的结构差异。

在调试机器人平衡和行走节奏的过程中,提升逻辑思维能力和耐心,学会通过调整电机转速、连杆角度解决行走不稳的问题。

感受双足行走机器人的技术难点,激发对人体运动力学和机器人控制技术的探索兴趣。

故事导入

修复铁蛋后,众人刚走进村庄广场,就听见 “哐当” 巨响。负责升旗仪式的双足机器人 “ upright” 正用头撞旗杆,它的两条腿像两根僵硬的木棍。“它本来能模仿人类走路的!” 面包店的机器人老板举着烤焦的齿轮面包跑过来,“昨天系统故障后,膝盖关节就锁死了。”​ 阿极投影出人类行走的慢动作:“看到没?走路时一条腿支撑,另一条腿要像钟摆一样摆动。你们得给 upright 装上能灵活转动的膝关节。”

学习探究

为什么双足机器人比四足机器人更容易 “摔倒”?如何通过调整结构或电机参数提高稳定性?

电机的正反转与机器人腿部的 “迈步” 动作有什么关联?尝试设置电机交替转动的时间间隔,观察机器人是否能实现连续行走。

如果机器人只能向一侧倾斜行走,可能是哪些原因导致的?(如两侧连杆长度不一致、电机转速不同)

搭建步骤

硬件连线

将两个智能电机分别连接到哪吒Pro扩展板的M2和M3接口。

代码编程

进入“makecode.microbit.org”,点击新建项目

在弹出窗口输入项目名称并点击创建

点击代码抽屉中的扩展

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标,在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序

程序链接:https://makecode.microbit.org/_ffgi7UXiHEL8

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后,电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的,选择Connect Device

点击

点击

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP,然后选择连接,至此,我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示

开启电源后,四足机器人向前行走,当遇到障碍物时自动后退。

扩展知识

  1. 双足机器人的平衡控制:现实中的双足机器人(如本田 ASIMO)会通过陀螺仪、加速度传感器实时检测身体姿态,再调整腿部动作保持平衡,本案例通过简化的连杆结构模拟基础平衡。
  2. 人体行走的力学原理:人类行走时,身体重心会随腿部动作轻微上下移动,双足机器人需要通过连杆和电机的协同,尽量减少重心波动以避免倾倒。
  3. 双足机器人的应用:未来双足机器人可能用于家庭服务(如陪伴、清洁)、危险环境作业(如灾后救援),能在人类生活的 “双腿友好型” 场景(如楼梯、狭窄通道)中灵活移动。