仿生四足机器人的研究:回顾与展望(3)
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展,机器人技术已经逐渐渗透到各个领域,其中仿生机器人因其独特的运动方式和优越的适应性,在科研和工业应用中备受关注。
本文将针对一种新型四足仿生机器人进行性能分析与仿真,探讨其在实际应用中的优势和潜力。
二、新型四足仿生机器人概述该新型四足仿生机器人以生物仿生学为基础,采用先进的机械设计、控制技术和传感器技术,实现了四足运动的灵活性和稳定性。
其结构包括机械本体、控制系统、传感器系统等部分,具有较高的运动性能和适应性。
三、性能分析1. 运动性能分析该四足仿生机器人采用先进的运动控制算法,实现了四足协调运动。
在复杂地形环境下,机器人能够通过调整步态和姿态,实现稳定的行走和运动。
同时,其运动速度和负载能力也得到了显著提升,具有较高的工作效率。
2. 适应性分析该机器人采用模块化设计,可根据不同应用场景进行定制化设计。
同时,其传感器系统能够实时感知环境信息,实现自主导航和避障功能。
因此,该四足仿生机器人具有较强的环境适应能力和任务执行能力。
3. 能量效率分析该机器人在设计过程中充分考虑了能量效率问题。
通过优化机械结构和控制算法,实现了较低的能耗和较高的工作效率。
同时,其电池系统也具有较长的续航能力,能够满足长时间作业的需求。
四、仿真实验为了验证该新型四足仿生机器人的性能,我们进行了仿真实验。
仿真实验中,我们设置了不同的地形环境和任务场景,对机器人的运动性能、适应性和能量效率进行了测试。
实验结果表明,该机器人在各种环境下均能实现稳定的运动和任务执行,具有较高的性能表现。
五、结论该新型四足仿生机器人在运动性能、适应性和能量效率等方面均表现出优越的性能。
其四足协调运动和稳定行走的能力使其在复杂地形环境下具有较高的工作效率和任务执行能力。
同时,其模块化设计和传感器系统也使其具有较强的环境适应能力和自主导航能力。
因此,该四足仿生机器人在科研、工业和军事等领域具有广泛的应用前景。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展,机器人技术已经逐渐渗透到各个领域,其中仿生机器人技术更是备受关注。
四足仿生机器人作为仿生机器人领域的一种重要形式,其具有较高的稳定性和灵活性,在各种复杂环境中都能表现出良好的适应性。
本文将介绍一种新型四足仿生机器人的设计与实现,并对其性能进行详细的分析与仿真。
二、新型四足仿生机器人设计本款新型四足仿生机器人设计基于现代机械设计理念和仿生学原理,以实现高稳定性和高灵活性的运动为目标。
该机器人主要由四个模块组成:电机驱动模块、传感器模块、控制模块和机械结构模块。
其中,电机驱动模块负责提供动力,传感器模块用于获取环境信息并反馈给控制模块,控制模块负责处理信息并发出指令,机械结构模块则是机器人的主体部分,采用四足仿生结构。
三、性能分析1. 运动性能分析该新型四足仿生机器人具有较高的运动性能。
其四足结构使得机器人在各种复杂地形中都能保持稳定,同时通过电机驱动模块的精确控制,可以实现快速、灵活的运动。
此外,传感器模块的加入使得机器人能够根据环境变化进行实时调整,进一步提高其运动性能。
2. 负载能力分析该机器人的负载能力较强,可以携带一定的物品进行移动。
同时,其四足结构使得在负载情况下仍能保持较好的稳定性,降低了因负载导致机器人倾覆的风险。
3. 能源效率分析该机器人的能源效率较高。
采用高效电机和合理的机械结构设计,使得机器人在运动过程中能够最大限度地利用能源,降低能耗。
此外,通过优化控制算法,进一步提高能源利用效率。
4. 环境适应性分析该新型四足仿生机器人具有较强的环境适应性。
无论是平原、山地还是其他复杂地形,该机器人都能保持较高的稳定性和灵活性。
同时,传感器模块的加入使得机器人能够根据环境变化进行实时调整,进一步提高其环境适应性。
四、仿真实验为了验证该新型四足仿生机器人的性能,我们进行了仿真实验。
通过建立虚拟环境,模拟机器人在各种地形中的运动情况,以及在不同负载和环境条件下的表现。
四足机器人研究现状及其展望

四足步行机器人研究现状与展望(郑州轻工业学院机电工程学院河南郑州)摘要:文章对国内外四足步行机器人研究现状进行了综述,归纳分析了四足机器人质心距离测量系统研究的关键技术,并展望了四足机器人的发展趋势。
关键词:四足步行机器人;研究现状;关键技术;发展趋势引言:目前,常见的步行机器人以两足式、四足式、六足式应用较多。
其中,四足步行机器人机构简单且灵活,承载能力强、稳定性好,在抢险救灾、探险、娱乐与军事等许多方面有很好的应用前景,其研制工作一直受到国内外的重视。
1国内外研究四足步行机器人的历史和现状20世纪60年代,四足步行机器人的研究工作开始起步。
随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用,到了 20 世纪 80 年代,现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。
世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由 Frank 和 McGhee 于 1977 年制作的。
该机器人具有较好的步态运动稳定性,但其缺点是,该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的,因此机器人的行为受到限制,只能呈现固定的运动形式[1]。
20 世纪 80、90 年代最具代表性的四足步行机器人是日本 Shigeo Hirose 实验室研制的 TITAN 系列。
1981~1984年Hirose教授研制成功脚部装有传感和信号处理系统的TITAN-III[2]。
它的脚底部由形状记忆合金组成,可自动检测与地面接触的状态。
姿态传感器和姿态控制系统根据传感信息做出的控制决策,实现在不平整地面的自适应静态步行。
TITAN-Ⅵ[3]机器人采用新型的直动型腿机构,避免了上楼梯过程中各腿间的干涉,并采用两级变速驱动机构,对腿的支撑相和摆动相分别进行驱动。
2000-2003 年,日本电气通信大学的木村浩等人研制成功了具有宠物狗外形的机器人Tekken-IV,如图1所示。
它的每个关节安装了一个光电码盘、陀螺仪、倾角计和触觉传感器。
系统控制是由基于 CPG 的控制器通过反射机制来完成的。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言四足仿生机器人是一种高度模拟自然界生物运动的机器人技术。
这种机器人在执行复杂任务、应对各种复杂环境方面表现优异,因此在许多领域中都有着广泛的应用前景。
本文旨在详细分析一种新型四足仿生机器人的性能,并通过仿真验证其运动性能与效率。
二、新型四足仿生机器人设计与技术概述本研究所涉及的四足仿生机器人设计以高度模仿生物运动特性为核心理念,其结构主要由驱动系统、控制系统、传感器系统等部分组成。
驱动系统采用先进的电机与传动装置,实现高效的动力输出;控制系统则采用先进的算法,实现对机器人运动的精确控制;传感器系统则负责获取环境信息,为机器人提供决策依据。
三、性能分析1. 运动性能分析本机器人采用四足步态,具有优秀的地形适应性。
在仿真环境中,机器人能够在平坦地面、斜坡、楼梯等不同地形上稳定行走。
此外,机器人还具有较高的运动速度和负载能力,能够满足多种应用场景的需求。
2. 动力学性能分析本机器人的动力学性能主要体现在其运动的稳定性和能量消耗方面。
通过仿真分析,发现机器人在行走过程中能够保持较高的动态稳定性,即使在不平整的地面上也能快速恢复稳定状态。
此外,本机器人的能量消耗较低,具有良好的节能性能。
3. 仿生性能分析本机器人高度模仿生物运动特性,具有良好的仿生性能。
在仿真环境中,机器人的步态与真实生物的步态高度相似,实现了在各种环境下的灵活运动。
此外,本机器人的结构设计与生物肌肉系统相类似,为进一步实现更高级的仿生运动提供了可能。
四、仿真验证为了验证新型四足仿生机器人的性能,我们进行了大量的仿真实验。
在仿真环境中,机器人能够顺利完成各种任务,如越障、爬坡等。
通过对比不同地形下的运动数据,我们发现机器人在各种地形上的运动性能均表现出色,具有较高的稳定性和速度。
此外,我们还对机器人的能量消耗进行了分析,发现其在实际应用中具有较低的能耗,进一步验证了其良好的节能性能。
五、结论通过对一种新型四足仿生机器人的性能分析与仿真验证,我们发现该机器人具有优秀的运动性能、动力学性能和仿生性能。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展,机器人技术已经逐渐渗透到各个领域,其中仿生机器人因其独特的运动方式和良好的环境适应性,成为了研究的热点。
本文将针对一种新型四足仿生机器人进行性能分析与仿真,旨在深入探讨其运动性能、环境适应性以及控制策略等方面。
二、新型四足仿生机器人结构特点该新型四足仿生机器人采用模块化设计,主要包含四个腿部模块、驱动模块、控制模块以及电源模块等。
腿部模块采用仿生学原理,借鉴生物体的肌肉和骨骼结构,实现高效率的步态规划与执行。
同时,驱动模块采用先进的电机与传动系统,确保机器人具有良好的运动性能。
三、性能分析1. 运动性能分析该四足仿生机器人具有良好的运动性能,能够在复杂地形中实现稳定的行走。
通过仿生学原理,机器人的腿部模块能够模拟生物的行走动作,包括前后行进、侧向行进、爬坡以及跨越障碍等。
同时,通过调整腿部运动的速度与力量,机器人还可以适应不同的工作环境。
2. 环境适应性分析由于四足仿生机器人具备强大的移动能力和复杂的姿态调整功能,因此其环境适应性较强。
在平坦路面、崎岖山地、泥泞沼泽等复杂环境中,机器人均能实现稳定的行走和作业。
此外,该机器人还具有一定的越障能力,能够跨越一定高度的障碍物。
3. 负载能力分析该四足仿生机器人具有良好的负载能力,能够在保持自身稳定的同时,携带一定的重物进行作业。
同时,由于采用了先进的电机与传动系统,使得机器人在保持高效能的同时,还具备较长的使用寿命。
四、仿真研究为了验证新型四足仿生机器人的性能表现,我们采用虚拟仿真技术进行仿真研究。
首先,建立机器人的三维模型,并设置相应的物理参数和运动约束。
然后,在仿真环境中模拟各种复杂地形和障碍物,对机器人的运动性能和环境适应性进行测试。
最后,通过分析仿真结果,验证了该四足仿生机器人在实际工作环境中的可行性。
五、结论通过对新型四足仿生机器人的性能分析与仿真研究,我们发现该机器人具有较高的运动性能、良好的环境适应性和较强的负载能力。
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言四足仿生机器人是一种以生物仿生学为原理,模拟四足动物运动特性的机器人。
近年来,随着科技的发展和仿生技术的进步,四足仿生机器人在各种复杂环境中表现出了出色的适应性和稳定性。
本文旨在分析一种新型四足仿生机器人的性能,并对其仿真结果进行详细阐述。
二、新型四足仿生机器人设计与构造该新型四足仿生机器人采用模块化设计,主要由驱动系统、控制系统、传感器系统、机体结构等部分组成。
其中,驱动系统采用高性能电机和减速器,以实现高效的动力传输;控制系统采用先进的控制算法,实现机器人的稳定运动;传感器系统包括多种传感器,用于实时监测机器人的状态和环境信息;机体结构采用轻质材料,以降低机器人的重量和提高运动灵活性。
三、性能分析1. 运动性能:该新型四足仿生机器人具有出色的运动性能,能够在复杂地形中实现稳定的步行、奔跑、爬坡等运动。
其运动性能主要得益于高精度的驱动系统和先进的控制算法。
2. 负载能力:机器人具有较高的负载能力,能够携带一定重量的物品进行运动。
这主要得益于其坚固的机体结构和高效的驱动系统。
3. 适应性:该机器人具有较强的环境适应性,能够在室内外、平原、山地等不同环境中进行运动。
其传感器系统能够实时感知环境信息,帮助机器人做出正确的决策。
4. 能量效率:机器人采用高效电机和节能控制算法,具有较高的能量利用效率。
这有助于延长机器人的工作时间和降低能耗。
四、仿真分析为了验证该新型四足仿生机器人的性能,我们进行了仿真分析。
仿真结果表明,该机器人在各种复杂地形中均能实现稳定的运动,且运动性能优于传统机器人。
同时,机器人的负载能力和环境适应性也得到了充分验证。
此外,我们还对机器人的能量消耗进行了分析,发现其能量利用效率较高,符合预期设计目标。
五、结论通过对一种新型四足仿生机器人的性能分析与仿真,我们可以得出以下结论:1. 该机器人具有出色的运动性能、负载能力和环境适应性,能够在各种复杂环境中实现稳定的运动。
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》

《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言四足仿生机器人是一种基于生物学原理,模仿生物行走与运动的先进机器人技术。
其不仅具有高效、灵活的移动能力,还能够在复杂地形中稳定行走。
近年来,随着机器人技术的飞速发展,新型四足仿生机器人的设计与性能优化显得尤为重要。
本文旨在深入分析一种新型四足仿生机器人的性能,并通过仿真实验进行验证,以期为后续的研发工作提供参考。
二、新型四足仿生机器人设计与特点该新型四足仿生机器人设计采用先进的仿生学原理,实现了高效能、高灵活度的四足行走功能。
其主要特点包括:1. 结构设计:机器人采用模块化设计,使得各个部件之间的组装与拆卸更加便捷。
同时,采用轻量化材料,有效降低了机器人的重量。
2. 运动控制:机器人具备复杂的运动控制算法,能够根据地形与环境变化调整行走策略,实现高效稳定的运动。
3. 传感器系统:机器人配备了高精度的传感器系统,能够实时感知周围环境与自身的状态,为决策与控制提供数据支持。
三、性能分析1. 运动性能:该新型四足仿生机器人在平坦地面及复杂地形中均能实现高效、稳定的行走。
其运动性能主要表现在以下几个方面:(1)速度:机器人具备较高的行走速度,能够在短时间内完成移动任务。
(2)负载能力:机器人具有较强的负载能力,能够携带一定重量的物品进行移动。
(3)灵活性:机器人四足结构的设计使得其能够在狭窄、崎岖的地形中灵活行走。
2. 适应能力:该新型四足仿生机器人具有较强的环境适应能力,能够在不同地形、气候条件下稳定工作。
其适应能力主要体现在以下几个方面:(1)地形适应性:机器人能够适应平坦、崎岖、泥泞、坡地等多种地形。
(2)气候适应性:机器人在高温、低温、潮湿等气候条件下均能正常工作。
3. 能量效率:该新型四足仿生机器人在保证运动性能与适应能力的同时,还具有较高的能量效率。
其能量效率主要体现在以下几个方面:(1)电机效率:采用高效电机与传动系统,使得机器人在行走过程中能够充分利用能量。
仿生机器人技术研究及应用前景分析

仿生机器人技术研究及应用前景分析近年来,随着科技的不断进步,仿生机器人技术备受关注。
它将人类的生物学与机器人的机械学相结合,创造出了更加智能、灵活、适应性强的机器人。
本文将探讨仿生机器人技术的发展及其应用前景。
一、仿生机器人技术的发展历程仿生机器人技术的发展历程可以追溯到古代哲学家亚里士多德,他曾提出植物也有感觉,并提倡将自然现象运用于哲学研究中。
20世纪初,生物学、神经科学等学科的快速发展为仿生机器人技术提供了先决条件。
1970年代,日本学者研制出了鱼类和昆虫仿生机器人,标志着仿生机器人技术开始逐渐成熟。
随着技术的进步,仿生机器人的四个基本要素:形式、感知、运动、学习逐渐完善。
形式方面,仿生机器人形态不断优化,人形、昆虫和鱼形的仿生机器人问世了。
感知方面,仿生机器人模仿人类、动物的感知器官,如视觉、听觉、嗅觉、触觉等。
运动方面,仿生机器人模仿人类和动物的运动方式。
学习方面,仿生机器人通过自主学习,逐渐形成了自主学习的能力。
二、仿生机器人技术的应用领域仿生机器人技术具有广泛的应用前景。
目前,它已在很多领域得到应用,如军事、航空、医疗、教育、探险、重载机械等。
1、军事领域仿生机器人技术为军事部门提供了重要的战术优势。
无人机是目前最为成功的仿生机器人应用之一,其可以作为侦察、监视、攻击等多种用途。
此外,仿生机器人在危险区域执行任务或探测未知的区域,也能发挥巨大的作用。
2、航空领域仿生机器人在航空领域的应用很早就开始了。
对于一些特定的任务,比如空中作业,在航空电子、通讯、控制等一系列技术发展成熟的基础上,仿生机器人的使用正在逐步扩大。
3、医疗领域仿生机器人技术在医疗领域具有广泛的应用前景。
医疗机器人已经被广泛应用于手术室。
他们是高精度、高灵活性的手术辅助工具,能通过远距离操作执行各种微创手术,避免传统手术对患者的伤害。
4、教育领域仿生机器人技术现在也在教育领域发挥越来越重要的作用。
通过仿真教学形式,学生可以把学到的知识和技能应用到实践当中,这可以促进他们的学习兴趣和学习效果。
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仿生四足机器人的研究:回顾与展望摘要:本文侧重于仿生四足机器人。
在这一领域的主要挑战是如何设计高动力性和高负载能力的仿生四足机器人。
本文首先介绍了仿生四足机器人,尤其是具有里程碑意义的四足机器人的历史。
然后回顾了仿生四足机器人驱动模式的现代技术。
随后,描述了四足机器人的发展趋势。
基于仿生四足机器人的技术现状,简要回顾了四足机器人的技术难点。
又介绍了山东大学研制的液压四足机器人。
最后是总结和展望未来的四足机器人。
一、导言代替人类在复杂和危险的环境中工作的移动机器人的需求引起越来越多的关注,如煤矿井下,核电站,以及打击恐怖主义的战争。
一般移动机器人可分为三种类型:空中机器人,水下机器人和地面机器人。
地面机器人的开发主要是运用轨道或轮子。
轮式和履带式机器人可以在平整地面工作,但大多数是无法在凹凸不平的地面上工作。
换句话说,现有的地面机器人只能在部分地面工作。
与轮式和履带式机器人相比,腿式机器人有可能适应更为广泛的地形,就像如同有腿的动物,几乎可以行走在所有的地形。
例如,羚羊具有很强的运动能力,即便在高度复杂的环境中也一样。
因此,近些年人们积极地投入腿式机器人的研究中。
腿式机器人可以去动物能够到达的地方,应该要构建并运用于实际。
尽管机器人技术领域取得了巨大成就,腿式机器人仍然远远落后于它们的仿生学 [1,2]。
基于机械结构,腿式机器人可分为步行机器人和爬行机器人。
与爬行动物的机器人相比,步行机器人几乎与躯干垂直的腿被认为更适应载重。
步行机器人可以有效地承受更大的载重。
具有联合执行机构的步行机器人具有良好的行走速度和运输能力。
因此,基于哺乳类动物的仿生机器人的研究已成为机器人领域的重要发展方向。
现已有一、二、三、四甚至更多条腿的腿式机器人。
最普遍的是具有高效率步态和稳定性能的偶数条腿的腿式机器人[3]。
在腿式机器人中,四足机器人具有良好的机动性和运动稳定性,而典型的双足机器人,缺乏运动的稳定性。
从系统和控制器的设计上来看,四足机器人也是一个不错的选择。
另一方面,四足机器人在构建和维护上又比六足要简单。
四足机器人比轮式或履带式机器人更加灵活,并比双足机器人稳定。
因此,许多研究人员和组织在生物动态步态的启发下致力于四足机器人的研究,以使机器人具有高平衡能力和高负载能力。
在一般情况下,为了提高运动稳定性,增加步行速度和运输能力,就需要具有大带宽和高输出功率的液压执行机构。
机器人控制系统,即用来控制四足机器人动作,步态生成和转换,应在在未来得到研究和解决。
本文组织如下:在第二部分回顾了四足仿生机器人的历史和驱动模式的发展趋势。
第三部分介绍了四足机器人的发展趋势。
然后,在第四部分分析了四足机器人的技术难点。
第五部分介绍了中国山东大学正在开发的液压四足机器人。
最后一部分是总结和展望未来的四足机器人。
二、四足仿生机器人的历史本节回顾具有联合执行机构的四足仿生机器人的历史。
我们首先关注基于仿生学的四足机器人的发展现状。
然后回顾了四足机器人的驱动模式的发展趋势,特别详细介绍了液压驱动,这样一个提高了动力性能和负载能力的新型驱动模式。
A.四足仿生机器人的历史四足机器人的调查始于20 世纪60 年代,而四足机器人的动态运动性能的研究则是从 20 世纪 80 年代开始的。
Marc Raibert 和他的同事们在一、二四条腿的机器人腿部运动方面取得了巨大的成功。
20 世纪 60 年代初,许多国外的科学家和研究人员致力于研究条腿式机器人。
在 1960 年,Shigley 提出采用联动机构,包括四杆机构、凸轮机构、缩放机构,作为腿式机器人的运动机构。
腿部的运动由一组双摇杆机构控制[4]。
McGhee 和 Frank 于1966 年制作了被称为“Phoney Pony”的四足机器。
这是第一辆腿式的运载工具,在全电脑控制下自主行走。
每条腿有两个自由度(DOFs)系统,并能进行简单的爬行运动,以及取决于选定状态图的对角线小跑。
Phoney Pony 具有十分重要的意义,因为它激发了 McGhee 去建立新的在步行机器人的历史上也起到重要作用的机器:OSU hexapod 和 Adaptive Suspension Vehicle(ASV)[5]。
在80 年代初,美国麻省理工学院(MIT)的 Marc Raibert,H. Miura,我以及日本东京大学的Shimoyama 首次对步行机器人进行了系统的研究。
Marc Raibert 建立平面以及立体的独腿跳跃机器人。
在Raibert 关于跳跃机器人的三个控制原理的基础上,两足和四足可以跑可以跳的机器人随后也制造出来。
这是四足机器人动态步态运动控制的一个里程碑[6]。
在1984 至1987 年间,动态行走的四足机器人Collie-1 和Collie-2 已经研制成功,东京大学的Professor Miura 和Professor Shimoyama 对此进行了更深入的研究。
这些机器人可以实现小跑和踱步以及小跑和踱步之间的过渡 [7]。
严格地说,TITAN 系列四足机器人并不属于仿哺乳动物的机器人,但它也是机器人发展史上的一个里程碑。
TITAN III 是一种在 TITAN 系列中具有立体收缩结构腿的四足机器人。
它安装了了姿态传感器和触须传感器,并装有智能步态控制系统,来根据传感器的信息作出决定,以实现静态地形自适应步行[8]。
随着四足机器人的进一步发张,在德国一个名为“BISAM”的四足步行机器人由R. Dillmann 和他的研究小组制造出来。
一种基于耦合振子的自适应控制方法被用来模拟 BISAM 周期运动,在 BISAM 的实验平台上,一种基于仿生的为实现动态稳定运动的自适应控制架构——鲁棒控制法被提了出来[9]。
在1999 年,基于中枢模式发生器(CPGs),Kimura 和他的在京都技术研究所的同事们研究了四足机器人动态步行的方式。
四足机器人 Patrush 以及后来的Tekken 系列机器被开发出来。
在Tekken 系列中,独立的四足机器人Tekken II 是由电机驱动,使用了机械弹簧和关节间的柔性连接,采用 CPGs 和反射,实现了动态行走[10]。
在2009 年,Kimura 又开始研制四足机器人“Kotetsu”,采用基于腿部加载/卸载的相位调制的方法,挑战了一般使用自适应动态行走的四足运动控制方法。
在1999 年,一个动态稳定运行具有简单机械机构的四足机器人——Scout II 被麦吉尔大学机器人实验室(ARL)的Martin Buehler 设计出来,用于探究哺乳动物的动态步态。
自1998 年以来,斯德哥尔摩皇家技术研究所一直在开发一台名为“Warp1”适应复杂地形的四足仿生机器人平台。
此平台的目的是研究在复杂环境中的自动行走和实现动静态的步行运动[13]。
在2001 年左右,斯坦福大学的Kenneth Waldron 和他的团队与美国俄亥俄州立大学合作设计出了 KOLT 机器人 [14]。
Marc Raibert 和他的同事们于 1992 年创立了波士顿动力公司(BDI)。
他们于 2004 年重新启动四足仿生机器人的研究项目。
此外,在 2005 年第一代的四足机器人被命名为“BigDog”。
在 2008 年开发了第二代的 BigDog,如图 1 所示。
第二代的 BigDog 是1m 长,米高,重约 75 公斤。
它的每条腿有四个自由度,有由液压驱动的转动关节,在脚上还有一个基于气动弹簧的被动线性关节。
BigDog 可以在 30 度的坡上行走,以米/秒的速度慢跑,有超过 153 公斤的有效载荷,可以穿行于森林和冰雪,在冰上滑动或侧面被踢后恢复平衡[15]。
图 1 大狗机器人。
2009 年 12 月,BDI 已被美国国防高级研究计划局(DARPA)授予合同,研发LS3——第一梯队支持系统。
LS3 是一个动态的机器人,可以去任何士兵和海军陆战队可以步行到达的地方。
每个 LS3 将携带 400 磅的齿轮和足够行驶 20 英里持续 24 小时的燃料。
LS3 不需要驾驶员,因为它会自动跟随计算机视觉的指引,或者可以使用遥感和全球定位系统到达指定地点。
BDI 预计研发需要30 个月,在 2012 年制成原型样机[16]。
2011 年 3 月1 日,由于DARPA 的资金援助,BDI 也将研发猎豹机器人。
猎豹机器人将有四条腿,一个灵活的脊椎,铰接式头部/颈部,也可能有尾巴。
它将比现有的所有机器人或是人类跑的都快,急速地转弯来追逐或者是逃避,可以迅速从静止加速,也可以迅速停止[17]。
如果猎豹机器人的原型可以实现,这将是机器人发展最重要的一个里程碑。
最近,韩国的工业技术研究所和ROTEM 公司的研究人员开发了液压驱动的四足步行机器人。
这个机器人的所有关节都是由液压旋转驱动器驱动,可以携带很高的载荷,并可以在崎岖地面快速移动。
这种类型的机器人实现了在实验环境中地形小跑的步态[18,19]。
通过把液压装置与电动机相结合,意大利技术研究所的研究人员目前正在兴建的四足机器人(名为 HYQ)可以执行高度动态的任务,比如双腿跳跃,单腿跳跃和奔跑[20]。
到目前为止,机器人 HYQ 只是实现了对使用线性液压执行机构的单腿位置的控制。
除了国外机器人的发展,上海交通大学的 Sunpei Ma 于 1996 年首次在国内研制了一台名为JTUWM-III 的机器人。
JTUWM-III 机器人的每条腿有三个活动关节和柔性关节。
每个活动关节采用直流伺服电机来驱动[21]。
清华大学的Xiuli Zhang 和她的同事于2003 年开发了Biobot(仿生机器人)。
她提出了一个基于Matsuoka 振荡器的全面CPG 拓扑网络结构。
此外,还实现了有节律的运动和不同步态间的转换。
在CPG 模型的基础上 Biobot 在现实环境中的运动能力也得到了提高[22]。
在 2006 年,Xuedong Chen 和他的同事们开发出了名为“MiniQuad”的模块化的机器人,通过改变其模块布局,它可以被重新配置到包括四足和六足结构在内的不同结构中,以实现不同的任务[23,24]。
此外,其他四足机器人也已被一些研究机构和大学研制出来,例如被中科院智能机械研究所报道的由西北工业大学开发的名为TIM1 的仿哺乳动物四足机器人,以及中科院自动化研究所研制的由电力驱动的大型四足机器人。
B.四足机器人的驱动模式一般情况下,机器人的驱动方式包括电动,气动和液压。
电动马达由于其技术先进性和低廉的价格的而成为机器人领域中最常见的驱动器。
但是,减速齿轮是电动马达装置中最薄弱的环节之一,而且许多部件容易磨损。
气动和液压非常相似,只不过气动采用了压缩气而不是液体来提供压力。
气动系统的反应非常迅速。