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1、第23卷第9期机械设计Vol.23No.92006年9月JOURNALOFMACHINEDESIGNSep.20063多足步行机器人的研究现状及展望雷静桃,高峰,崔莹(北京航空航天大学汽车工程系,北京100083)摘要:对美国、日本等机器人研究大国及我国的多足步行机器人研究发展进行了综述,对多足步行机器人亟需解决的问题进行了论述,并对未来可能的研究发展方向进行了展望。关键词:多足;步行机器人;研究现状;展望中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1001-2354(2006)09-0001-03步行机器人(walkingrobo
2、t,leggedrobot)或步行车辆两个自由度,具有两栖运动性能,可以隐藏在海浪下面,在水中(walkingvehicle)简称步行机,是一种智能型机器人,它是涉及步行,当风浪太大时,将脚埋入沙中。它的脚底装有传感器,用到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一于探测岸边的地雷,当它遇到水雷时,自己爆炸同时引爆水雷。门综合性高科技。ALUV长约56cm,质量10.4kg。在崎岖路面上,步行车辆优于轮式或履带式车辆。腿式系在对昆虫步态进行研究的基础上,2000年美国研制出六足[1][5]统有很大的优越性:较好的机动性,崎
3、岖路面上乘坐的舒适仿生步行机器人Biobot,如图4所示。为了像昆虫那样在凸性,对地形的适应能力强。所以,这类机器人在军事运输、海底凹不平地面上仍能高速和灵活步行,采用气动人工肌肉的方探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多式,压缩空气由步行机上部的管子传输,并由气动作动器驱动行业,有非常广阔的应用前景,多足步行机器人技术一直是国各关节,使用独特的机构来模仿肌肉的特性。与电机驱动相内外机器人领域的研究热点之一。比,该作动器能提供更大的力和更高的速度。1美国多足步行机器人的发展近况1990年,美国卡内基-梅隆大学研制出用
4、于外星探测的六[2]足步行机器人AMBLER,如图1所示。该机器人采用了新型的腿机构,由一个在水平面内运动的旋转杆和在垂直平面内图3ALUV步行机图4Biobot作直线运动的伸展杆组成,两杆正交。该机器人由一台32位的处理机来规划系统运动路线、控制运动和监视系统的状态,2日本多足步行机器人的发展近况所用传感器包括激光测距扫描仪、彩色摄像机、惯性基准装置和触觉传感器。总质量为3180kg,由于体积和质量太大,最日本对多足步行机的研究从20世纪80年代开始,并不断终没被用于行星探测计划。进行着技术创新,随着计算机和控制技术的发展,其机械结
5、构1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机由复杂到简单,其功能由单一功能到组合功能,并已研究出各器人DANTE,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察,其改进[3]种类型的步行机。主要有四足步行机、爬壁机器人、腿轮分离型DANTE-II也在实际中得到了应用,如图2所示。1994型步行机器人和手脚统一型步行机器人。年,DANTE-II对距离安克雷奇145km的斯伯火山进行了考2.1四足步行机器人察,传回了各种数据及图像。1994年,日本电气通信大学的木村浩(HiroshiKimura)等[6]研制成功四足步行机器人Patrus
6、h-II,如图5所示。该机器人用两个微处理机控制,采用直流伺服电机驱动,每个关节安装了一个光电码盘,每只脚安装了两个微开关,采用基于神经振荡子模型CPG(CentralPatternGenerator)的控制策略,能够实现不规则地面的自适应动态步行,显示了生物激励控制对未图1AMBLER图2DANTE-II知的不规则地面有自适应能力的特点。1996～2000年,美国罗克威尔公司在DARPA资助下,研2000～2003年,日本的木村浩等又研制成功四足步行机器[7]制自主水下步行机ALUV(AutonomousLeggedUnderwat
7、er人Tekken,如图6所示。该机器人用一台PC机系统控制,[4]Vehicle),如图3所示。该步行机模仿螃蟹的外形,每条腿有采用瑞士Maxon直流伺服电机驱动,每个关节安装了一个光3收稿日期:2005-12-15;修订日期:2006-04-20作者简介:雷静桃(1970-),女,河南洛阳人,博士研究生,研究方向:虚拟样机技术,多体动力学。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2机械设
8、计第23卷第9期电码盘,并安装了陀螺仪、倾角计和触觉传感器。采用基于神经振荡子模型的CPG控制器和反射机制构成的控制系统,其中CPG用于生成机体和四条腿的节律运动,而反射机制通过传感器信号的反馈,来改变CPG的周期和相位
