教育科研用双足步行机器人机械结构

这套双足步行机械结构，主要面向高校机器人工程、机械电子工程专业的实验教学场景，也可作为仿生行走算法验证的硬件载体，适配步态规划、平衡控制、多传感器融合等方向的科研项目落地，区别于工业场景下的重载作业机器人，其设计核心围绕轻量化、易拆装、传感器集成度高的需求展开，方便学生拆解观察传动链路、调试控制参数。从结构布局来看，整机采用对称式双足构型，躯干部分预留了多层安装位，可直接固定主控板、传感器模块与驱动电源，无需额外设计转接支架；髋关节与膝关节处均采用舵机直驱配合轴承支撑的结构，舵机输出轴与关节摆臂通过D型轴加顶丝的方式锁紧，避免反复启停过程中出现轴孔打滑的问题，关节处的限位凸台做了圆弧过渡处理，防止步态调试时摆臂超程撞坏结构件。传感器集成方面，足底位置预留了称重传感器的安装槽，可直接固定10kg量程的应变式称重传感器，用于采集行走过程中的足底接触力数据，为ZMP零点力矩计算提供实时反馈；关节端预留了电位计的安装孔位，可加装单圈电位计作为绝对位置编码器，弥补舵机自身位置反馈精度不足的问题，躯干中部的平整安装面可直接固定IMU惯性测量单元，用于采集整机的姿态角、角速度数据，配合主控实现动态平衡调节。控制硬件的安装布局做了分层规划，上层空间可放置STM32 Discovery主控板，负责舵机驱动控制、传感器数据采集与底层运动逻辑运算，下层预留的空间可放置Arduino Uno板卡，专门用于ZMP数据的实时解算，两块板卡通过排针预留的通讯接口实现数据交互，避免单主控运算负载过高导致的控制延迟。结构件的设计充分考虑了教学场景下的拆装需求，大部分连接采用标准内六角螺丝，无特殊定制紧固件，学生可使用常规工具完成整机拆解与重组；所有走线槽均做了圆角处理，防止调试过程中磨损导线绝缘层，关节活动范围内无凸起的走线接头，避免行走过程中导线被拉扯断裂。安装边界方面，整机躯干宽度控制在120mm以内，足端长度为180mm，完全展开时的最大高度为320mm，可直接放置在常规实验台面上开展调试，无需额外搭建大型测试场地；足端底部预留了橡胶防滑垫的粘贴位，可增加与实验台面的摩擦力，减少行走过程中的侧滑风险。传动链路的设计上，舵机输出扭矩直接传递至关节摆臂，无额外齿轮减速环节，减少了传动间隙带来的控制误差，关节处的深沟球轴承采用过盈配合压入结构件安装孔，可承受行走过程中产生的径向载荷，延长结构使用寿命。在步态调试场景下，这套结构可支持前进、后退、转向等基础步态的验证，也可通过调整舵机运动参数实现上下台阶的模拟测试，所有结构件的安装孔位均做了统一的模块化设计，可根据实验需求更换不同长度的腿部摆臂，调整步幅与抬腿高度，适配不同的实验研究方向。