资源描述：
《从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI:10.13973/j.cnki.robot.1999.04.013第21卷第4期机器人ROBOTVol.21,No.41999年7月July,1999文章编号:1002-0446(1999)04-0312-09从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题包志军马培荪姜山程君实王春雨(上海交通大学机械工程学院200030)摘要:本文介绍了从两足机器人发展到仿人型机器人的历史,分析了在自由度、能量最优和碰撞研究的一些研究现状和前景,并对仿人型机器人与两足机器人在运动特性上有所不同提出了一些问题.关键词:两足机器人;仿人型机器人;自由度;能量最优;碰撞中图
2、分类号:TP24文献标识码:A1引言[1]世界著名机器人学专家、日本早稻田大学的加藤一郎教授说过:“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”.步行是人与大多数动物所具有的移动方式,其形式主要有两足步行,四足步行和六足步行.其中两足型行走是步行方式中自动化程度最高,最为复杂的动态系统.两足步行系统具有非常丰富的动力学特性,对步行的环境要求很低,既能在平地上行走,也能在非结构性的复杂地面行走,对环境有很好的适应性.无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中,都把像人一样的机器人作为机器人研究的最高境界.机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标.90年
3、代前后,两足机器人从一般性的类人腿部行走上升到全方位的类人,即仿人型机器人的研究.两足机器人是仿人型机器人研究的前奏,仿人型机器人除了腿部的行走功能外,还包括手、腰和头的功能,自由度比两足步行机器人成倍地增加,与此同时,带来了控制规划、动力学、运动学上更为复杂的问题,此外,还有CCD摄像处理、语音处理以及一系列传感信号的处理.仿人型机器人相对两足机器人的研究更为类似人,仿人型机器人是由仿生学,机械工程学和控制工程学等多种学科相互融合而形成的一门综合性学科.本田技术研究所先后花了11年的时间,于1996年研制[2,3]成功世界上第一台仿人型机器人,可见,仿人型
4、机器人的在各项技术领域提出了比两足机器人更高的要求.2从两足机器人到仿人型机器人的研究历史从褚葛亮做木牛流马的历史故事开始,就一直在阐述一个人类对生物特性模仿的追求.[4]Muybridge最早系统地研究了人类和动物运动原理,他发明了电影用的独特摄影机,并在1877年就许多四足动物的步行成功地拍摄了连续照片.最初他关注的是四足动物定常行进时足的起落顺序.通过他的研究,明晰了许多动物的步法.自Muybridge以后,关于步行,尤其是类人型步行的研究,吸引了众多的专家学者.人们力图从生物工程的角度回答“人类是怎样行收稿日期:1999-03-31第21卷第4期包志
5、军等:从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题313走的”这一关于人自身运动的最基本的问题.类人型移动系统是一个极其复杂的动态系统.[5]Demeny用摄像的方法研究人类的步行运动,总结出了人行走的一些特性.本世纪30年代到[5]50年代,苏联的Bernstein从生物动力学的角度对人类和动物的步行机理进行了深入的研[6]究,并就步行运动作了非常形象化的描述.1960年,苏联学者顿斯科依发表了著作“运动生物学”,从生物力学的角度,对人体运动学、动力学、能量特征和力学特征进行了一个详细的描述.各国学者对两足步行机器人从理论和实践上进行了较长时间的研究工作.
6、最早在1968[7]年,英国的Mosher.R试制了一台名为“Rig”的操纵型两足步行机器人,它只有踝和髋两个关节,操纵者靠力反馈感觉来保持机器平衡,这种主从式的机械装置可算是两足步行机构的雏[7]形.真正的两足步行机器人是I.Kato在1971年试制的Wap3,它最大步幅15mm,周期45秒,Wap3的研制成功,揭开了两足机器人的研究序幕.1980年,加藤实验室又推出WL-9DR两足机器人,WL-9DR实现了步幅45cm,每步9秒的准动态步行.1984年,加藤在以前的研[8]究基础上采用了踝关节力矩控制,使WL-10RD实现了平稳的动态步行(每步周期1.5
7、秒,步长40cm),该机器人每条腿自由度为:踝关节两个,膝关节一个,髋关节三个.1986年,加藤又推出了WL-12R,该机构具有8个自由度:每条腿有三个前向关节;躯体有前向和侧向两个[7～23]关节.此后经多年的研究,两足机器人研究已在许多地方进行,在所有的研究当中,日本人作出的成果最多.[7]1971年至1986年间,牛津大学的Witt等人曾制造和完善了一个两足步行机器人,在平地上走得非常好,步速达0.23m/s.[9～11]日本的J.Furusho研制了两个系列的能够动态步行的两足步行机构,从1981年开始先后研制了Kenkyaku-1,Kenkyaku
8、-2,BLR-G2和BLR-G2机器人,Kenkya
