圖 20 系統硬體架構
5.2 實驗結果
為提供位置向量，重心方程式，動態重心方程式計算，將各項物理量的數據 條列如下(圖 21)。
各桿件長度如下所示，單位為公分：
5 .
0 =4
L ，L1 =3，L2 =5.5，L3 =5.5，L4 =4.5， 5
.
5 =4
L ，L6 =3，L7 =5.5，L8 =5.5，L9 = 4.5，
1 =3
D ， D2 =3。
各桿件重量如下所示，單位為公克：
0 =85
W ，W1 =70，W2 =70，W3 =50，W4 =120
5 =85
W ，W6 =70，W7 =70，W8 =50，W9 =120。
圖 21 二足步行機器人示意圖
為提供計算零力矩點參考模型參考，將腳底板尺寸表示如圖 22。白點為固 定端的位置，以固定端為基準，各尺寸標示如下。
各尺寸如下所示，單位為公分：
5 .
=8
Lf ，Lb =5.5，LL =3.5，LR =2.5。
cm Lb =5 cm
Lf =8.5 cmLL5.3=cmLR5.2=
圖 22 二足步行機器人腳底板示意圖
在步行週期的規劃上，腰部週期的設定為TH =2(sec)，而利用左右腳重置 點，所訂立的腰部距離差XH =3.70(cm)， 而腰部高度的變化約ZH =0.25(cm)。
腰部前進距離實驗如圖 23 所示。軌跡方程式為擺線的型式，在速度的方程式為 位置的微分，可得知速度方程式也為連續的函數，所以在軌跡的開始與結束時，
距離的變化為平緩的變化。提供良好的加速與減速的性能。腰部高度軌跡實驗如 圖 24 所示。同樣軌跡方程式為擺線的型式，可提供良好的加速與減速的性能。
在腰部的高度變化因機器機構上的限制，並無大幅度的改變，基本是可以視為等 高度的前進，對整體的零力矩點位置的影響較小。另外，因腰部的高度變化較小，
需要較精密的定位，可以看出因馬達解析度的限制，在移動範圍低於 0.1cm 時，
馬達無法到達所設定的位置。
圖 21 腰部前進距離軌跡變化
圖 22 腰部高度軌跡變化
在步行週期的規劃上，在足部週期的設定上為T =2(sec)，而機器人所設定
的跨步距離Xf =8.00(cm)， 而機器人跨步的高度設定為Zf =1.5(cm)。足部軌 跡距離變化如圖 25 所示。足部距離軌跡，在步行前進的週期約為 2 sec 與所設定 的週期相同。在跨步距離上約為 8 cm，與二足步行機器人設定的跨步距離一致。
足部跨部高度軌跡變化如圖 26 所示。在圖 26 中，跨步的高度約為 1.58 cm 左右，
存在一定的誤差。
圖 23 足部跨步距離軌跡
圖 24 足部跨部高度軌跡
根據腳底板尺寸，Lb =−5.2cm、Lf =8.5cm、LR =2.5cm、LL =−3.5cm，
希望地面反作用力作用之點在腳掌內，則零力矩 X 方向穩定範圍為-5.2 cm 至 8.5 cm，零力矩 Y 方向穩定範圍-3.5 cm 至 2.5 cm 之間。將所設定的擺線軌跡帶入，
利用位置向量的計算，求取零力矩點如圖 27、圖 28 所示。在圖 27 中，零力矩 點在 X 軸向的範圍變化在 4.87 cm 至-3.91 cm 之間，符合所要求的零力矩點。在 圖 28 中，零力矩點在 Y 軸向的範圍變化在 2.48 cm 至-2.84 cm 之間，也符合所 要求的零力矩點。所以根據實驗，二足步行機器人在行走的過程中，可以穩定不 傾倒。
圖 27 零力矩 X 方向
圖 28 零力矩 Y 方向
6. 結論
本研究利用機構設計的概念使用 AI 馬達以及設定機構與各桿件的連接方 式，並分析機構的運動空間，之後加以完成連接與設定，完成在機構方面具有步 行能力的機器人。運動控制器的架構與流程。根據所設定的步行軌跡，依照所設 定的時間，產生所對應腰部與足部的軌跡，進而實現完成二足式機器人的步行軌 跡控制。由完成二足步行機器人的結果中，在軌跡的要求上，不論是腰部軌跡或 足部軌跡，大致上可以達到所設定的目標。完成了二足步行機器人，在地面上穩 定的步行。在參數的規劃上，因幾何條件上的限制，腰部的軌跡較無彈性，但足 部所具有的跨步高度的參數，可以自由調整。對於往後希望在不同高度上步行(如 階梯)，應該可以有效的使用。在解析度的要求上，定位的準確度因 AI 馬達本身 的限制，最少只能達 0.65 度，若改用不同的馬達，解析度可獲得改善。在機構 上因連接方式的關係，造成機構的剛性不足，受重力影響後實際值與理論上會有 一定的差距。
本計畫所建構的二足式機器人，可完成在地面上穩定步行的要求。但在許多 方面，仍有許多值得努力的方向。
(1) 機構方面常因剛性的不足，控制上的回授值與實際的值，仍存在的一定的誤 差值。若能將機構方面的誤差消除，可望在控制上能有更精準的定位與控制 結果。
(2) 二足步行機器人在步行的過程中，希望將硬體的電路完全的與機構結合。不 需要在機構上的外觀上，另外背負控制的電路，達到機電整合與嵌入式系統 的目標。
(3) 在軌跡的規劃上，使用了擺線的軌跡。但此種軌跡在環境與地方變化的情況 下，對於即時計算所需的位置點有一定的困難度。若以後希望可以穩定的行 走在不同的地形上，必須使用其他方式訂立新的軌跡計算方式。