四足仿生机器人详解.ppt

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1、四足仿生机器人国外研究现状典型样机（机械机构特点）单自由度旋转关节模块典型四足步行机器人1、引言传统的步行机器人设计往往是一个很复杂的过程，为了达到设想的运动方式，就要进行复杂的结构设计和规划工作。而仿生学在机器人领域的应用，使得这一工作得到了简化。动物的身体结构，运动方式，自由度分配和关节的布置，为步行机器人的设计提供了很好的借鉴。2003年日本电气通信大学的木村浩等研制成功四足移动机器人Tekken，如图所示。该机器人安装了陀螺仪、倾角计和触觉传感器。采用基于中枢模式发生器(CPG)的控制器和反射机制构成控制系统，其中CPG用于生成机体和四条腿的节律运动，而

2、反射机制通过传感器信号的反馈，来改变CPG的周期和相位输出，Tekken能适应中等不规则地面环境。1.日本TekkenTekkn整个机体的重量是3.1kg，单个腿的重量0.5kg。每条腿有3个主动关和一个被动关节，分别是一个pitch髋关节、yaw髋关节和pitch膝关节，踝关节是被动关节，主要由弹性装置和自锁装置构成。1.日本Tekken2004年BostonDynamics发布了四足机器人LittleDog，如图所示。LittleDog有四条腿，每条腿有3个驱动器，具有很大的工作空间。携带的PC控制器可以实现感知、电机控制和通信功能。LittleDog的传感

3、器可以测量关节转角、电机电流、躯体方位和地面接触信息。铿聚合物电池可以保证LittleDog有30分钟的运动，无线通信和数据传输支持遥控操作和分析。2、LittleDog波士顿动力学工程公司还于2005年开发了形似机械狗的四足机器人，被命名为BigDog，如图所示。专门为美国军队研究设计，号称是世界上最先进的四足机器人。BostonDynamics公司曾测试过，它能够在战场上发挥重要作用为士兵运送弹药、食物和其他物品。3、BigDog3、BigDog2011年，东京大学的保典山田等研制出了一种机器人“PIGORASS”，它能实现类似于兔子的运动，能走，能跑并能完

4、成兔子跳的运动。它是通过CPU控制的压力传感器和电位器实现预期的运动，并且每个肢体都被设计成独立运作，都通过一个简单的仿生中枢神经系统来工作。4、PIGORASS2010年，韩国汉阳大学的JangSeobKimandJongHyeonPark研制成功了一种四足步行机器人“HUNTER”。它的每条腿都有三个主动关节，两个带被动关节。它的结构参照四足动物狗来进行设计的。被动关节被设计用来减少腿着地时受地面的影响，通过弹性装置，能量就可以储存与再利用。5、HUNTER2008年，瑞士洛桑理工大学的SimonRutishauser,Alexander等研制出一种新型四足

5、步行机器人，“Cheetah”。它是以豹来作为仿生对象的，每条腿有两个自由度，分别位于髋关节和膝关节。膝关节和髋关节可以使用近端安装RC伺服电机进行驱动。图中可看出，对于膝关节的驱动力是通过钢丝装置来实现的。6、Cheetah该结构中，前两条腿比后两条腿要短20%，目的是避免在迈大步距角的时候出现腿相碰撞的情况。腿的末端采用受电弓机构的形式（其作用是使腿的最上、最下部分运动一致，同时减少自由度数目，简化设计）。末端出的弹簧装置在腿落地与离地时分别起到储能、减小触地影响，释放能量的作用。6、Cheetah实验行走步态，姿态很低为了保持较高的速度与稳定性。Paceg

6、ait（单侧同步步态），姿态会发生偏移，向两边摆动。60cm用时0.9s。虽然目前机器人研究已经取得了很大的进步，比如机器人运动过程中实现准确的控制，机器人能适应不同的地面状况作运动。但是，要实现高速运动仍是步行机器人研究领域中的一个难题，因为要实现这样的运动，机器人的机械结构、控制方法设计毕然与传统的机器人不同，并且要考虑多种因素。陆地上，速度最快的动物要属猎豹了，虽然目前有很多研究者对狗与马的仿生研究有了很大的进展，但是有关猎豹的报道并不多。猎豹奔跑速度一般可达30m/s，一秒跨过距离是腿长的50倍，奔跑频率更是达到了3hz。所以，以猎豹为仿生对象显得很有意

7、义。猎豹奔跑时，足末端运动轨迹类似一个弧形的旋转运动。奔跑过程中是前脚先着地，并且前肢通常能使出2.5倍体重的力量，后肢能使出1.5倍体重的力量。力量越大，跳出的步幅也就越大，奔跑速度也就变快了。通常，能量储存的位置为腿下部位置，像在髋关节几乎就没有能量的存储。7、猎豹机器人2011年，美国加州HRL实验室的M.AnthonyLewisyan和MatthewR.Bunting等人提出一种仿猎豹的腿部机构。机构的关键是设计的前置能产生身体重量1.5倍的能量，从而达到类似猎豹的运动状态，同时保证运动控制准确性。混合驱动器蛤蛎壳材料气动驱动器电机该装置通过电动机来调整

8、位置进行控制，从气体驱动