多足步行机器人概况.doc

多足步行机器人概况摘要：本文介绍了多足步行机器人的发展阶段，指出了其的优点，详细的介绍国内外多足机器人的发展状况，纵观国内外的发展成果，指出多足机器人的发展趋势及存在的问题。关键词：多足步行机器人，趋势，问题OverviewofMulti-leggedWalkingRobots（SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China）Abstract：Thisarticledescribesthedevelopmentofmulti-leggedwalkingrobots,pointsouttheadvantages,describsthedevelopmentofdomesticandforeignmulti-leggedrobots’situationindetail.lookingatthefruitsofdevelopmentathomeandabroad,wepointsoutthedevelopmenttrendsofmulti-leggedrobotsandexistingproblems.Keywords：Multi-leggedWalkingRobots,trends,problems1.引言多足步行机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构，是模仿多足动物运动形式的特种机器人，是一种智能型机器人,它是涉及到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技。所谓多足一般指四足及四足其以上，常见的多足步行机器人包括四足步行机器人、六足步行机器人、八足步行机器人等。步行机器人历经百年的发展，取得了长足的进步，归纳起来主要经历以下几个阶段:第一阶段，以机械和液压控制实现运动的机器人。第二阶段，以电子计算机技术控制的机器人。第三阶段，多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。与其他行走方式相比，足式行走机器人的优点[1]：第一，足式机器人的运动轨迹是一系列离散的足印，轮式和履带式机器人的则是一条条连续的辙迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物，可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限，这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用。而足式机器人运动时只需要离散的点接触地面，对这种地形的适应性较强，正因为如此，足式机器人对环境的破坏程度也较小。第二，足式机器人的腿部具有多个自由度，使运动的灵活性大大增强。它可以通过调节腿的长度保持身体水平，也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置，因此不易翻倒，稳定性更高。第三，足式机器人的身体与地面是分离的，这种机械结构的优点在于，机器人的身体可以平稳地运动而不必考虑地面的粗糙程度和腿的放置位置。当机器人需要携带科学仪器和工具工作时，首先将腿部固定，然后精确控制身体在三维空间中的运动，就可以达到对对象进行操作的目的。2.研究主要成果2.1国内多足步行机器人的研究成果：1991年，上海交通大学马培荪等研制出JTUWM系列[2]四足步行机器人。JTUWM-III是模仿马等四足哺乳动物的腿外形制成，每条腿有3个自由度，由直流伺服电机分别驱动。在进行步态研究的基础上，通过对3个自由度的协调控制，可完成单腿在空间的移动。该机器人采用计算机模拟电路两级分布式控制系统，JTUWM-III以对角步态行走，脚底装有PVDF测力传感器，利用人工神经网络和模糊算法相结合，采用力和位置混合控制，实现了四足步行机器人JTUWM-III的慢速动态行走，极限步速为1.7km/h。为了提高步行速度，将弹性步行机构应用于该四足步行机器人，产生缓冲和储能效果。2000年，上海交通大学马培荪等对第一代形状记忆合金SMA驱动的微型六足机器人进行改进，开发出具有全方位运动能力的微型双三足步行机器人MDTWR[3]，如图1所示。其第一代的每条腿只有2个自由度，无法实现机器人的转向，只能进行直线式静态步行，平均行走速度为1mm/s。将机体的主体部分进行改进设计，由上下两层相互平行的三叉支架组成，将六足改进为双三足，引入身体转动关节，采用新型的组合偏动SMA驱动器，使新一代的微型双三足步行机器人MDTWR具有全方位运动能力。图1MDTWR双三足步行机器人2002年，上海交通大学的颜国正、徐小云等进行微型六足仿生机器人[4]的研究，如图2所示。该步行机器人外形尺寸为：长30mm，宽40mm，高20mm，质量仅为6.3kg，步行速度为3mm/s。他们在分析六足昆虫运动机理的基础上，利用连杆