基于虚拟样机的液压驱动四足步行机器人机构设计

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1、第2页武汉科技大学硕士学位论文一[业大学』厶濑福岛研究室研制的TITAN系列多足步行机器人[612】，从最初的TITAN一11I现已发展到TITAN．1X机型。TITAN．IX扫雷机器人，能够在危险的战争环境F进行撤雷作业，如图Ll所示。(a1叫足步行机％人“1flTAN—IV”Col州足步行机器人“TlTAN．v11”(c)pq足步tYOL镕人“TITAN-VIII”(d)HE步口L#^“TITAN—IX”图1．1TITAN系列步行机器人90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术．真实环境下的规划技术，以及高自主性为标志

2、，丌展了移动机器人更高层次的研究。这要求机器人小但要具备完成各种任务的功能，而且还必须有白适应的运动规划和控制性能。如美国NASA研制的用干航空领域的微型爬行机器人“Spider-bof’，该机器人外形很像蜘蛛，体积只有人头部的一半大小、重量轻，可以在不规则的星球表面爬行，美国将在术米的太空探测中使用它【l”，如图I2所示。2000年，新西兰Canterbury大学研制出了六足步行机器人“Hamlet'’，如图l3所不。该机器人每条腿足端都装有三维力传感器，通过传感器信号自行改变身体姿态，能够在复杂未知环境中自三行走，且具有较好的越障能力”⋯。武汉科技大学硕士学位论

3、文第3页圉1．2星球探蔫机器人“Spider-boff圈13新西兰六足步行机器人“Hamlet"另外，为了进行火星不规则表面的探测及其它危险环境操作，MITAILab分别于1989年和1990年研制了仿昆虫多足爬行机器人Genghis、Hannibal和ARila。Genghis是基于视觉的机器人，可通过摄像头实现在未知环境中的避障。Hanmbal和Attila采用模块化设计，腿、头、身体都具有各自的传感器、驱动器和子处理器。Hannibal和Attila有19个自由度，遍布全身的60多个传感器和8个微处理器判断腿部对地面形态的反应以便控制机器人的运动。由于许多危险

4、丁作可以由机器人来完成，这就要求机器人具备完成各种任务的功能。因此，从60年代术开始。不断进行着技术创新，其功能也由单一功能向组合功能转变，主要有以下几种型式。(1)腿轮分离型步行机器人1992年，H本东北大学的木村浩、中野荣二等研究开发出腿轮分离型步行机器人Chariot，日本东京工业大学店濑茂男等人研制出腿／轮结合高效运动的四足步行机器人“Roller—Walker'’㈣。该机器人融合了腿式移动机构较强的地形适应能力和轮式移动机构的高速高，效性能。在平坦的地面上腿抬起，使用车轮高速前进；遇到台阶或壕沟时，使用腿米辅助实现平稳移动，如图14所示。鼍霸孵慧￡图1．4

5、网足步行机器人“Roller-Walker”第4页武汉科技大学硕士学位论文国内哈尔滨工业大学机器人研究所也从2002年起进行了此方面的研究，研制一种复合运动模式下的多足步行机器人【l”。(2)手脚统一型步行机器人1995年，同本产业技术综合研究所的小谷内等人丌始研究手脚统一型步行机器人“MELMANTIS”14】。这种机器人将手臂的操作机能和腿的移动机能统一，可进行森林采伐作业，地雷探测及拆除作业。罔15为口本东京大学研制的‘'NINJA一1”手脚统一型四足机器人【Iq，该机器人机体重45kg，它不仅能够完成行走等基本功能，而且还能够完成高速道路、路桥检查等作业，以

6、及高楼幕墙清沈等危险作业。(alpq地g自#功目L^NINJA-E”(b)¨足壁自##目L％ⅣwINJA⋯圈1．5四足壁面移动机器人“NINJA另外，国内华中科技大学的陈学东等人也先后研制了‘‘4+2”多足步行机器人。该机器人采_LJ丁腿／臂融合机构，拓展了机器人腿、足的，1．作空问，实现r机器人腿／臂兼容，从而突破了传统多足步行机器人单的步行功能。另外还进一步开发了“MiniQuad”可重构多足步行机器人，这种机器人不仅具备腿／臂融合机器人的～切优点，还实现了多足步行机器人的町重构性和可容错性，实用性有了进一步的拓展[m”]，如图1,6、l7所示。国内其它些科研院

7、所，如北航、国防科大、沈阳自动化所、哈工大、哈工程等也都进行了具有各自特色的机器人研究，取得了不少成果。其叶]6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水、F，另外还丌发出商接遥控机器人、双臂协删控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种【1H⋯。尽管如此，多足步行机器人阿前仍然是个活跃的研究领域。如J：所述，MIT的“Genghis”、“Hannibal”等仿昆虫机器人的研究在NASA的资助下取得了成功，但是，最终武汉科技大学硕士学位论文第5页美国登上月球与火星的探测机器人采用的却是轮式机器人，这说明多足步行机器人走向实际应用还有许多工作要做。图1．6“4+2”多