浅析BigDog四足机器人_丁良宏
浅析ＢｉｇＤｏｇ四足机器人
丁良宏 王润孝 冯华山 李 军
西北工业大学，西安，７１００７２
摘要：根据ＢｉｇＤｏｇ四足机器人目前已经公开的技术资料，对ＢｉｇＤｏｇ机器人的整体概况和主要核心技术点进行了分析。机械系统重点分析了ＢｉｇＤｏｇ的结构特性和运动特性，以及由此产生的高功率密度问题；通过剖析ＢｉｇＤｏｇ液压驱动系统基本构成，发现结构仿生的缺陷限制了ＢｉｇＤｏｇ机动性能的进一步提升。研究表明，复杂地形条件下ＢｉｇＤｏｇ的运动控制首先取决于姿态的检测和地形的感知，姿态安全是ＢｉｇＤｏｇ实现持续纵向运动的前提条件。基本行走控制算法研究表明，液压系统的输出特性，能良好地满足ＢｉｇＤｏｇ的动力需求；通过几种典型的运动状态分析，对ＢｉｇＤｏｇ的控制实现过程进行了诠释。因非结构化环境移动机器人的智能性主要取决于导航系统的设计，故重点分析了ＢｉｇＤｏｇ的导航系统，特别是全自主导航部分。最后结合课题组四足机器人的研究经历，对四足机器人的研发提出了一些建议。
关键词：ＢｉｇＤｏｇ四足机器人；液压执行器；仿生学；运动控制；导航；ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ中图分类号：ＴＰ２４２．６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００４－１３２Ｘ．２０１２．０５．００１Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ＢｉｇＤｏｇ Ｑｕａｄｒｕｐｅｄ ＲｏｂｏｔＤｉｎｇ Ｌｉａｎｇｈｏｎｇ Ｗａｎｇ Ｒｕｎｘｉａｏ Ｆｅｎｇ
Ｈｕａｓｈａｎ Ｌｉ ＪｕｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｘｉ’ａｎ，７１００７２Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＢｉｇＤｏｇ ｑｕａｄｒｕｐｅｄ ｒｏｂｏｔ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｒｅ－
ｌｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ＢｉｇＤｏｇ ｒｏｂｏｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒ－
ａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｍｏｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓｓｕｅｓ ａｒｉｓｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅｓｅ ｗｅｒｅ ａｎａ－
ｌｙｚｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ
ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＢｉｇＤｏｇ’ｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｔｈｅ ＢｉｇＤｏｇ’ｓ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ
ｔｏｆｕｒｔｈｅｒ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ．Ｉｎ ｒｏｕｇｈ ｔｅｒｒａｉｎ，ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＢｉｇＤｏｇ ｆｉｒｓｔｌｙ
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ｏｕｓ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｗａｌｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｈａｒ－
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ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｕｔｈｏｒ’ｓｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｎ ｑｕａｄｒｕｐ
ｅｄ ｒｏｂｏｔ，ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅｑｕａｄｒｕｐｅｄ ｒｏｂｏｔ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐ
ｏｓｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＢｉｇＤｏｇ ｑｕａｄｒｕｐｅｄ ｒｏｂｏｔ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ；ｂｉｏｎｉｃｓ；ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｎａｖｉｇａ－
ｔｉｏｎ；ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ
收稿日期：２０１１—０３—２８
基金项目：国防基础科研项目（Ａ２７２００６０２７５
）０ 引言
２００５年秋天美国波士顿动力公司（Ｂｏｓｔｏｎ
Ｄｙ
ｎａｍｉｃｓ）首次公开其历经十余载所研制的仿生四足机器人ＢｉｇＤｏｇ
，在互连网上引起了全球公众的关注和热议［１－６］
。ＢｉｇＤｏｇ是由美国国防部高级
研究计划署（ＤＡＲＰＡ）提供资金资助，波士顿动力公司承担研制的仿生四足机器人样机，它是仿照人类生活中常见的四足哺乳动物狗的结构，利用现代科技方法制造成的一种机械狗。从Ｂｉｇ－
Ｄｏｇ的相关视频中可以看到，
它具有较高的运动速度、
较大的负载能力和超强的机动性能。即便在复杂的非结构化环境中，仍然能够保持自如的行进状态，令人叹为观止。在ＢｉｇＤｏｇ初始样机实现之后，美国海军陆战队和陆军又追加了更多的资金用于进一步的研发，把ＢｉｇＤｏｇ列为未来战场的装备之一，预计将来可能会出现在实战中。ＢｉｇＤｏｇ机器人最引人注目的就是它出众的
运动能力，多步态行走、小跑、跳跃１ｍ宽的模拟壕沟、爬越３５°的斜坡，能适应山地、丛林、海滩、沼泽、冰面、雪地等复杂危险的地形。目前最大运
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０５浅析ＢｉｇＤｏｇ四足机器人—
——丁良宏 王润孝 冯华山等
动速度为１０ｋｍ／ｈ，预期可达１８ｋｍ／ｈ，完全能够满足步兵分队徒步急行军的速度要求。ＢｉｇＤｏｇ的另一显著优势，是能够承载较大的负荷，标准载荷５０ｋｇ，而且不降低运动性能。ＢｉｇＤｏｇ还有一个更为专业的名字———机械骡（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｍｕｌｅ），意指机器人运输装备骡马化。用于战地环境随同步兵前行，并携带各种后勤补给，这也是美国军方当前对ＢｉｇＤｏｇ的设计使用要求。ＢｉｇＤｏｇ是目前陆地移动机器人领域中为数不多的初具功能化的实用机器人。除了基本的运动能力之外，
各种辅助功能也在逐步完善之中。同时，进一步提升主要性能指标和拓展应用范围的科研工作也在进行中。
在ＢｉｇＤｏｇ问世之后的５年中，其研发团队先后公开发表４篇学术论文，发布了大量的图片和网络视频，使更多的人了解了ＢｉｇＤｏｇ机器人，同时这些资料也成为机器人领域其他科研人员分析ＢｉｇＤｏｇ的主要信息来源。ＢｉｇＤｏｇ四足机器人为什么能表现出如此出众的运动能力，是所有从事机器人研究的人员都十分关注的问题。在已公开的ＢｉｇＤｏｇ的技术资料中，哪些技术点是最为关键的？是形成运动能力最为核心的研究内容？本文结合本课题组四足机器人的研究经历，再通过细致地分析ＢｉｇＤｏｇ的相关技术资料，尝试从专业的角度来解答这些问题。
１ 结构和液压系统
ＢｉｇＤｏｇ四足机器人示意图见图１
。
图１ ＢｉｇＤｏｇ四足机器人
ＢｉｇＤｏｇ运动能力出众，
关键是选择液压执行器作为关节驱动元件，并从根本上改进了传统液压系统所存在的若干缺陷，再把液压执行器与四足机构合理巧妙地整合在一起，形成了ＢｉｇＤｏｇ既强壮有力又不乏灵活柔韧的完美机体。１．１ 结构和运动特性
ＢｉｇＤｏｇ共计有２０个自由度，其中主动驱动自由度为１６个，是主要的力和扭矩输出装置；４个足底自由度是完全被动的，可以提高腿部对地形的适应性。所以，总输出功率１２．５ｋＷ的发动机主要是向１６个液压执行器输出功率。具体到每条腿及髋部，包括髋部横向（侧滑）、纵向（前进）２个自由度，
膝关节纵向自由度，踝关节纵向自由度。
ＢｉｇＤｏｇ的髋部和腿部是实现四足机器人运
动的基本单元体（图２），每个单元体主要包括：髋部、
大腿、小腿、踝肢体、足及４个液压执行器。髋部、大腿、小腿和踝肢体顺次利用３个横向铰接销串联构成腿部的基本框架，
髋部利用１个机身纵向的铰接销与机身相连；
这些销子在髋部和肢体
图２ 髋部和腿部体系结构
运动时充当转轴，是ＢｉｇＤｏｇ实际上的转动关节。４个液压执行器输出端轴套机构分别与髋部、
大腿、
小腿、踝肢体的转动部件相连，执行器的固定端通过螺栓分别与机身、髋部、大腿、小腿连接。ＢｉｇＤｏｇ的大腿粗短，平衡位置接近水平，靠近机身；小腿和踝肢体较为细长，平衡位置位于机身投影面四角；髋部为细长条状物，内置于机身纵向首尾两侧。小腿的液压执行器以踝关节为轴，推拉踝肢体作旋转运动，借助转换轴把直线运动转换为旋转运动；大腿下侧液压执行器以膝关节为轴推拉小腿转动；大腿上侧执行器以髋部和大腿之间的铰接销为轴推拉大腿转动，固定端位于髋部下侧；机身首尾两端上方斜置的执行器以髋部机身铰接销为轴推拉髋部转动。其中，髋部的转动意味着腿部生成横向运动，腿部整体会绕机身转
动，偏离机身纵向，形成侧滑。大腿上侧液压执行器为髋部纵向驱动器，由于活塞杆运动输出端远离转动关节，所以大腿运动摆幅最小，便于大扭矩输出。从构造原理上看，ＢｉｇＤｏｇ的髋部和各肢体工作装置与普通的挖掘机毫无二样，大腿如同动臂，髋部、小腿和踝肢体如同斗杆；主要的差别在于ＢｉｇＤｏｇ机构更加精致、
布局更加紧凑。四足机器人在行走时不论每条腿有多少个自由度，
都可以把它简化为只有一个自由度的直腿，６
０５中国机械工程第２３卷第５期２０１２年３月上半月
图３ 四自由度简化模型
如图３所示。髋部纵向驱动器拉动这条直腿旋转，直腿支撑地面，以支撑点为圆心完成一个由后至前的单摆旋转运动。切向拉力为机器人的机身提供一个前进方向斜上方—水平—斜下方这样变化的力，重心在地面的反作用力下被撑过单摆的最高点，产生位移。这个拉力始终有水平方向的分力，借助地面的反作用力，实现机身的水平运动；还包括一个在重力方向变化的先升后降的分力，导致机身出现起伏的运动特性。直观上，四足机器人在行进过程中，重心始终处于颠簸起伏的状态。这个特性也是所有足类机器人明显区别于其他移动机器人的显著特性，比如轮式、履带等机器人只有在非结构化环境，地面崎岖不平时才能呈现上述特性，而四足机器人在任何可行走路面都呈现这个特性。四足机器人的重心在运动过程中周期性的起伏，意味着行走过程中要全程控制自身的重量，消耗机器人发动机大量的功率，对于纵向行走而言，这种消耗其实是无用功。实际上四足机器人消耗在这方面的无用功要超过用于水平行走的有用功。选择四足这种结构，是希望机器人在行进时可以抬腿越过不适合落足的位置，有选择地下脚，从而到达轮式或者履带式机器人无法行走的地域。因此，只要选择了这种结构，就必须面对重心起伏大的功率消耗问题。除Ｂｉｇ－Ｄｏｇ之外几乎所有的四足机器人在设计时都无法根本解决这个痼疾，即无法提供足够功率来保证除基本水平运动以外的巨大无用功消耗。Ｂｉｇ－Ｄｏｇ采用液压驱动这种强功率输出方式，从根本上解决了这一难题。
ＢｉｇＤｏｇ在行进时为了提高运动速度，同时便于腿部支撑重心越过单摆旋转最高点，机身通常会略微前倾，这样同相位步态后腿需要伸长一些。前腿作为主要的支撑杆，后腿配合前腿支撑重心越过最高点，也防止了同时出现２个主支撑杆可能造成的内耗。前腿的落足点必须超过髋部纵向关节转轴的投影点，锁住膝、踝关节，由髋部纵向驱动器输出扭矩，拉动机身前进；后腿根据速度和地形的情况，落足点可以在转轴投影点的前方、正下方和后方，主要还是髋部纵向驱动器输出扭矩，当腿长需要增大时，膝、踝关节配合输出扭矩伸展关节，更多时候靠力锁住关节，保持姿势。这样看来，ＢｉｇＤｏｇ虽有１６个驱动器，但在如对角步态行走时，驱动系统的功率主要集中在两条支撑腿的髋部纵向驱动器实施输出，后腿的膝、踝关节只有配合伸长腿部时才输出一定的扭矩，迈步腿只需要消耗少量的功率用于摆腿。那么随之而来的问题是，发动机能否在这一时段把全部或者可能最大的功率通过油压的传输输送到这２个驱动器。ＢｉｇＤｏｇ显然是具备这个油压分配输出能力的，它把功率输送到当前主要输出扭矩的驱动器，实现功率的合理分配。ＢｉｇＤｏｇ机载动力系统的高功率密度是很值得分析的，以下的数据对比可以深刻地反映出四足机器人的设计难度。ＢｉｇＤｏｇ目前最大运动速度可以达到１０ｋｍ／ｈ，并且发动机与机体处于分离状态，机体重量低于７０ｋｇ。假设此时发动机按照１２．５ｋＷ最大功率的２／３输出，可知当前的功率密度高达１１９ｋＷ／ｔ。同为陆地移动装置的第三代主战坦克Ｍ１Ａ２的功率密度只需要１７．５ｋＷ／ｔ，而公路最大运动速度可超过７０ｋｍ／ｈ。把这两种移动装置各自极限速度状态进行比对，可知ＢｉｇＤｏｇ的运动效率只有Ｍ１Ａ２履带式坦克的１／４８。从传统移动装置的设计来看，足类这种效率过低的运动执行机构基本不被考虑，这也是四足机器人发展缓慢的一个重要原因。因此，纯机械制造的四足机器人若想获得一个较快的速度和良好的机动性能，大幅度提高发动机的功率密度是一个首要的先决条件。
从动力学角度看，ＢｉｇＤｏｇ的持续纵向运动意味着大功率的不断输出，髋部纵向是主要的功率输出装置；机身调整姿态时，多数在原地或者小范围空间移动，机体消耗的功率降低，主要靠各个关节力输出来支撑机体。当ＢｉｇＤｏｇ遭遇测滑或复杂路面时，髋部横向驱动器及膝关节和踝关节驱动器就要发挥它的作用。这３个部位的关节主要是帮助机器人调整机身姿态，通过多冗余自由度的变化提高机器人适应复杂路面的能力，或者遭遇险情时协助髋部纵向驱动共同实现功率输出，从而移动机身。这３个部位在运动时，关节的转角比较大，相应形成的肢体运动幅度也较大，有利于机器人适应崎岖不平的地面。所以，ＢｉｇＤｏｇ的１６个液压执行器有比较明确的分工。髋部纵向主要负责扭矩的输出，摆幅通常较小，剧烈运动时也可实现较大的摆幅，是核心驱动器；髋部横向主
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浅析ＢｉｇＤｏｇ四足机器人———丁良宏 王润孝 冯华山等
要是协助调整机身姿态，只有在侧滑的情况下，输出大扭矩，摆动幅度比较大，多数时间处于平衡位置；小腿和踝肢体主要负责调整机身姿态，同时因其细长且摆幅大，是机器人纵向迈步和增大步幅的主要实现机构，采用力输出的方式控制，遭遇复杂地形时也会输出扭矩协助髋部纵向驱动器。１．２ 液压系统
在ＢｉｇＤｏｇ推出之前，其实已有许多研究人员想到了利用液压驱动器实现对四足的关节驱动。这是因为，传统的电机驱动无法满足四足机器人快速运动的设计要求。原因有以下几点：①电机的功率相对不足，按照ＢｉｇＤｏｇ的尺寸结构，最多可以选择２００～４００Ｗ的电机，与ＢｉｇＤｏｇ液压平均每个驱动器可达８００Ｗ相比仍显很低，且无法实现总功率的变化分配输出；②电机的工作状态不理想，电机通常只有转速达到一定值才能实现额定功率输出，而足类机器人关节摆幅通常只有３０°～５０°，因而电机始终处于低速、小转角、往复加减速的工作状态，低功率输出且自身内耗太大；③电机的附带装置太多，既占空间又增加重量，增大了机身的设计难度；④需要拖电缆或者背负电池，不利于野外环境的自由行走。电机曾被大量用于足类机器人的驱动，但都远远达不到ＢｉｇＤｏｇ的运动状态。
传统的液压系统也存在若干痼疾，在四足机器人这样的移动装置中使用至少有两点显得尤为突出：①漏油或者密封问题；②冲击载荷导致的漏油问题进一步加剧，同时机械部分的形变会影响活塞杆直线往复运动的精度。四足机器人在运动的过程中，作为一个主要靠机械打造的刚性体，与地面因为撞击而产生可观的冲击载荷，而且载荷的大小和方向都始终呈现无规律的变化，这种工作状态对于传统液压系统而言是完全不能容忍的。ＢｉｇＤｏｇ恰恰克服了这一点，波士顿动力公司所设计和制造的这套液压驱动系统，应该是Ｂｉｇ－Ｄｏｇ机器人前期研究最大的技术突破点。从策略上讲，就是单纯机器人设计无法解决的问题，要回到最基础的研究领域，从基本的液压系统的改进方面下手，进而再把它应用到机器人的驱动实现过程中。
ＢｉｇＤｏｇ的液压驱动系统是由一个变量活塞泵在汽油发动机的驱动下同时对１６个液压执行器实施油压的输出，以达到功率输出的目的。这个环节关键的技术点在于如何实现快速并且变化的油压分配，从而实现力和扭矩的分配和输出，这也是ＢｉｇＤｏｇ的核心技术之一。液压传动有２个特性：液压系统的油压大小取决于外界负载，执行元件的速度取决于液压系统的流量。这２点恰好与四足机器人肢体的负载及关节的转动相对应。发动机根据机器人机体各关节所承载的负荷及转速，控制自身转速进而控制活塞泵的油压输出，适应机器人运动时变化的动力需求，并具有预测的能力。机器人的运动速度越快，或者机体姿态变化越剧烈，相应的油压输出就越大，反之亦然，这也是ＢｉｇＤｏｇ适应地形变化能力强的一个重要原因。ＢｉｇＤｏｇ的液压系统最大油压输出可达２０．６８ＭＰａ（３０００ＰＳＩ），属高压输出。主液压系统油路下接并联的１６个子液压执行器，每个执行器的响应频率达到５００Ｈｚ，可以满足关节快速定位的要求。相较传统的液压装置，ＢｉｇＤｏｇ的液压执行器要小巧精致得多，满足了四足机器人驱动器个头小、力量大的设计要求。
图４所示是一个基本的液压执行元件，执行器右端是一个轴套机构，活塞杆是直线往复运动，而机器人的肢体是旋转运动，所以运动需要转换。以铰接销为转轴，活塞杆推拉肢体，执行器所在肢体的框架充当铰杆，形成运动转换。活塞杆外侧另有２根辅助杆，同步往复运动，分担活塞杆承受的冲击载荷。轴套机构和关节转轴由于载荷大，易磨损，对材质的选择要求很高。液压执行器把主液压系统油路的油压引入到子系统中，根据所在关节的载荷需求，具有航天品质的２级电液伺服阀调整本单元的油压和流量输出，实现力和扭矩的变化输出，并可双向输出
。
图４ 液压执行器
ＢｉｇＤｏｇ机器人的运动效率主要取决于３个方面：运动方式造成的内耗、机械结构的传动效率和控制造成的内耗。运动方式的内耗包括重心的起伏、腿部相对机身的摆动等。机械部分主要包括１６个主动关节和液压执行器内部及输出端运动转换机构。液压执行器采用低摩擦的液压动力密封器件提高缸体的传动效率；其余两部分取决于机械结构的加工和装配精度，以及轴、销、轴承等元件的材质和加工精度。此外，髋部和腿部的基本框架对加工的一致性要求也很高，最大程度降低了机体尺寸误差对运动造成的影响。
１．３ 结构仿生学
机器人学是仿生学研究的一个主要分支。四
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足机器人的３个基本系统———结构、运动控制和导航，无一例外都与动物（人）仿生学的研究有着密切的关系。ＢｉｇＤｏｇ的前期研究工作主要集中在结构（驱动）的设计和运动的控制上，这也是实现机器人基本运动能力的２个主要方面。波士顿动力公司在哈佛大学仿生研究成果基础之上，把液压驱动与四足机器人的结构比较理想地整合在一起，也就造就了目前的ＢｉｇＤｏｇ四足机器人。ＢｉｇＤｏｇ除了有较强的刚性以外，为了减少冲击载荷对整个机身的影响，必须增加减震系统，提高机器人的柔韧性，因此，ＢｉｇＤｏｇ踝关节以下部分安装了弹簧减震系统。四足动物本身的肌体结构是非常复杂的，除了骨骼、肌肉之外，还有韧带、肌腱、跟腱等增加柔韧性和灵活性的器官。这些功能器官目前还无法在机器人身上真正意义地实现，即使关节部位往往也很难模仿，如动物和人的髋关节为多轴性关节，ＢｉｇＤｏｇ采用常规技术无法实现，只能把髋关节的横向和纵向自由度分开实现。所以，人类只能尽量地模仿四足动物的肌体构造，实现四足机器人的运动功能。
１．４ 小结
ＢｉｇＤｏｇ的机械结构设计和驱动的选择，是实现运动的基本平台。只有先解决了这２个问题，后续的运动控制和导航的研究才能更有针对性，并且通过样机展现出来。
２ 运动控制
ＢｉｇＤｏｇ的运动控制取决于其特殊的机体构造。控制系统同时对１６个液压执行器进行控制，多自由度耦合联动造成了肢体的千变万化，形成了机器人的各种动作姿势。这也是四足机器人对地形适应能力强的根本原因。但是，多冗余度变换复杂，增大了控制的难度。同时，四足的支撑结构不稳定，重心位置偏高，易发生偏移，运动控制相比轮式、履带式机器人，要困难得多。
四足机器人在运动过程中既要保证能够快速行进，同时还要控制重心的位置，保持机身的相对平稳。ＢｉｇＤｏｇ运动控制的核心问题就是控制机体的平衡，建立机体与地形之间静态或动态的平衡系统，机器人的站立、行走、小跑以及各种运动状态间的相互转换，都必须保持平衡。
建立四足机器人的运动平衡主要考虑３个方面的因素，即自身姿态、地形状况和运动状况。ＢｉｇＤｏｇ的运动控制包括姿态感知、地形感知和运动生成。前２步是在运动中寻找机体与地面之间的平衡状态，第３步是通过控制实现这个平衡。２．１ 姿态和地形的感知
姿态和地形的感知主要是借助各种传感器来完成，ＢｉｇＤｏｇ总共携带至少７０个各类传感器单元，大多数用来检测自身姿态和内部各机构组成的状态参数。四足机器人的多冗余度必须依靠大量的传感器来感知机身和肢体部分参数的变化，以此为依据作为运动控制的基本条件。
姿态感知包括机身和肢体两部分的状态检测。ＩＭＵ负责检测机身３个角度的变化和３个线加速度的变化，是机身状态检测的主要手段。１６个主动自由度的角度变化由关节编码器来完成。各个关节的负载由测压元件来检测。
地形感知主要包括踝肢体测压元件配合各个关节编码器感知，以及立体视觉装置感知。目前主要是通过力大小的变化再配合关节转动的角度来感应地形的变化。该方法是被动式，足底先接触地面再判断地形，对于简单的地形可以应对，但是对于复杂地面，需要避开某些深坑，选择落足点时，未来主要靠立体视觉。
此外，发动机和液压系统的检测也是运动控制必须考虑的。发动机转速和载荷要在预测和实际输出之间不断调整。液压系统的检测包括油温、油压和流量的检测等。
２．２ 控制实施
ＢｉｇＤｏｇ作为移动机器人，纵向的持续行走、跑等功能是研究追求的目标，由于地形的影响，机身的姿态需要经常调整，才能确保纵向运动的平稳性和连贯性。故ＢｉｇＤｏｇ的控制研究也主要围绕这两方面展开。
２．２．１ 行走控制和步态调整算法
ＢｉｇＤｏｇ的基本行走控制采用图５所示的流程实现。控制系统以髋部和腿部的单元体为单位，通过虚拟环境计算求出每条腿所承受的载荷和关节需要输出的扭矩，检测运动效果并反馈回虚拟部分，更新频率为２００Ｈｚ。首先，根据期望的行进速度，规划腿部运动到落足点过程的轨迹；其
图５ 基本行走控制框图
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次，在虚拟环境下，利用腿部当前的关节转角和转速作为正向运动学参数，与期望的规划进行比对，ＰＤ伺服不断修正腿部各关节应输出的力，得到虚拟的腿部状态模型；最后，把虚拟求得的各个关节所需的扭矩指令发送至驱动系统，实现行走，并检测关节转角和转速。此外，虚拟过程通过状态机获得腿部状态，步态调整算法协调４条腿的位置，对步态进行修正，再把反馈信息发送回轨迹生成单元。同时步态调整算法负责腿之间的通讯，腿的初始状态转换为不同的稳定的四足行走步态，如对角、同侧和奔跑等。临近腿运动时避免运动区域重合，防止腿部发生碰撞，也包括摆动腿与支撑腿之间发生碰撞。步态调整算法还要降低机体运动的内耗程度，当迈步腿落地之后，支撑腿要及时离地，防止同时发力而形成类似于人腿劈叉这种不利于连续行走的动作。
ＢｉｇＤｏｇ持续的纵向运动都是借助以上控制方法实现的。ＢｉｇＤｏｇ在平整地面直线运动时，可实现对角步态的跑动，速度在短时间内由零加速到８ｋｍ／ｈ。整个过程加速均匀，机身纵向和水平都保持平稳，腿部动作协调连贯；在速度达到最大时，后腿伸长协助前腿支撑身体的动作非常明显。行走或慢跑时，为了减少重心起伏无用功的消耗，可以减小步幅加快频率，使机身的重心尽可能在支撑摆的最高点附近的高度运动。但是随着速度的提升，腿的步幅需要加大，重心起伏加剧；腿的摆动频率加大，摆腿消耗的功率增加；机械部分传动的消耗也增大。这几点不利的因素都限制了ＢｉｇＤｏｇ的速度进一步提升。
按照传统的足类机器人设计思路，ＢｉｇＤｏｇ除了运动学模型之外应该还有一个动力学模型，但是在相关论文中并未出现。结合ＢｉｇＤｏｇ液压驱动系统以及电机的控制方法，对ＢｉｇＤｏｇ在动力学方面作如下的推断。充分利用液压传动的特性，把动力学的分析和计算转移到液压系统的控制中完成。液压系统的力和扭矩输出主要取决于终端执行器的负载，根据负载的大小和变化，调整发动机的转速，实现对液压总路油压的控制，再通过电液伺服阀控制进入单个执行器的油压、流量和流速等参数，实现根据负载的变化对应输出与之平衡的力和扭矩，还包括加速和减速的情况。
利用电机控制四足机器人，需要预测下一时段各个关节的负载，设定电机的输出，但这个输出无法达到液压快速实现与负载平衡的输出效果。电机的输出或大于终端的负载，或小于终端的负载，只在少数情况下两者刚好平衡。这就是常见电机驱动足类机器人在行走时，机身多数会出现晃动的原因，即受力不平衡。而ＢｉｇＤｏｇ在运动过程中，除非遭受突然的外力作用，大多数情况下都能处于动态的平衡中，关键还是它的液压系统的适应能力发挥了决定性的作用。当ＢｉｇＤｏｇ加速时，输出的扭矩需要大于当前的负载，这是利用了伺服阀的控制流速的功能。当某个执行器所在肢体载荷突然增大，也可利用伺服阀的增压功能，实现在执行器中油压大于总路油压的性能。因此，传统的动力学模型对于ＢｉｇＤｏｇ而言，大部分的工作是由液压系统的控制来完成的。２．２．２ 姿态算法
ＢｉｇＤｏｇ控制机身姿态主要是借助力的输出控制腿部肢体的姿势，使机体与地形之间保持平衡状态。主要包括两方面：一是各条腿的载荷尽可能均匀，把机身的重量平均分配到４条腿；二是机身的高度和姿势需要调整，重心尽可能位于机身投影面的几何中心，这个过程仍然需要腿部的运动来实现。具体地讲，姿态算法调整地面反作用力在腿部各肢节的分布，使各条腿所承受的竖直方向的载荷尽可能相等，并指向髋部，降低各个髋部的载荷，每个髋部驱动输出尽可能均匀。这样可以防止载荷集中于某条腿或某一关节，造成机身运动时失去平衡。当地形发生明显变化时，机身的高度和姿势就需要重新调整，防止重心向机身边缘倾斜，造成机身纵向或横向的倾翻，这个过程需要借助地形感知共同实现。利用测压元件和关节编码器来判断足底是否与地面接触，再结合关节角度的连续变化值，可以估测地形的崎岖程度。借助预测信息，姿态算法控制腿与崎岖的地面逐渐适应。姿态控制算法通过改变机身偏航、俯仰、横滚、高度等参数，使机器人适应地形的变化，协调一致。这样即使不借助视觉等高级传感器，只利用测压元件和关节编码器这样简单的传感器，也可以使ＢｉｇＤｏｇ具备较强的适应复杂路面的能力。处于斜坡行走时，注意调整机身高度和姿势，适应坡度的变化；上坡时机身前倾，下坡时机身后倾，斜坡等高线行走时机身内侧倾斜。
足底打滑时，意味着支撑腿与地面的反作用力突然降低，这时如果支撑腿的髋部驱动器仍然保持原有的扭矩输出状态，会造成机身失控，加剧机身倾斜程度。ＢｉｇＤｏｇ采用牵引控制（ｔｒａｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ）系统，利用测压元件及时发现支撑腿的受力变化，迅速降低髋部扭矩输出，调整小腿和踝肢体的摆动，进入姿态调整过程，恢复平稳状态。此外，陡峭地形和崎岖程度高的地形，也要利用测压
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元件和关节编码器预测，作为牵引控制系统的感知条件。
侧滑是机器人纵向运动时，机身突然遭受横向的外力，造成机身横向倾斜，髋部横向驱动器输出扭矩，腿部横向侧摆，形成了侧向滑步。线加速度计测出机身横向的加速度，支撑腿预测机身的横向速度，外侧腿迅速向倾斜方向摆动，根据速度和加速度预测摆腿的幅度。若外力过大，则要连续地走交叉步，直到侧向的速度降为零。这个情景通常只出现在纵向行走的过程中，由于左前腿和右前腿的步态相位刚好错开，降低了左前腿和右前腿横向干涉发生碰撞的可能性，后腿亦然。
姿态控制算法的核心点是保持机器人的平衡状态，行走控制和步态算法必须遵守这个前提条件。地形复杂时，优先考虑姿态的控制，其次是步态及运动速度。遭遇险情时，及时降低行走速度，控制系统利用驱动系统的快速响应能力，以调整机身姿态作为当前主要的控制输出，恢复稳定状态。只有在较平坦地形行走时，可降低姿态控制的权重，把提高行走速度作为主要的功能实现。所以，ＢｉｇＤｏｇ的高速行走、小跑和跳跃等动作都是在平整地面完成的，而冰面打滑、机身横向侧滑都是在低行走速度下完成的。
２．３ 典型运动场景分析
２．３．１ 冰面打滑
运动控制与机械结构是紧密相联的，良好的运动控制性能只有在能力强的样机平台上才能充分地展示出来。在ＢｉｇＤｏｇ所有视频中，负载状态下在冰面打滑摔倒后经反复调整姿态最终重新站立这一段，展现了ＢｉｇＤｏｇ运动能力最佳的一面。ＢｉｇＤｏｇ机器人的姿态和地形快速感知、运动控制算法快速生成、牵引控制快速调整扭矩输出、液压传输快速响应、液压大功率输出、机体结构刚柔相济等优点在极短时间内全部呈现出来。因此分析这一段机器人所经历的变化过程，可以更好地了解ＢｉｇＤｏｇ机器人运动的实现过程。过程分析如下：
（１）进入冰面后，运动速度过快导致冰面无法提供足够的摩擦力而足底打滑，造成机身大幅度倾斜，机器人摔倒。
（２）ＩＭＵ、关节编码器、测压元件检测获取机身倾斜的角度、各肢体角度及载荷，获取当前的姿态信息。
（３）牵引控制系统利用感知的信息，降低髋部扭矩输出，防止机身进一步倾斜。
（４）运动控制系统快速计算各个驱动器应输出的扭矩、关节转动的角度，求出恢复平稳站立状态所需的参数值。
（５）运动控制指令发送至驱动系统，发动机通过液压泵把油压快速分配传输至各个驱动单元。
（６）１６个液压执行器根据各自所需，控制各个关节旋转，驱动肢体运动，机身试图重新恢复站立平稳状态；
（７）若再次失稳，回到步骤（２），如此反复直到站稳为止。
以上过程都是在非常短的时间内顺次完成的，且多次循环。可以看出整个机体的快速响应能力非常之高，但最关键的还是驱动系统强大的力和扭矩输出。在这个打滑失稳的过程中，机器人极易倒扣而失败，各个液压驱动器必须提供足够的力和扭矩输出，才能保证各部分肢体能够快速地运动，在机器人进一步倾斜之前重新恢复平衡，实现运动控制的目标。针对可能出现的类似险情，ＢｉｇＤｏｇ团队已把机器人的自翻正能力列为下一步研究的重点，即使机器人发生倒扣也可以自调整重新站立，大大增强了ＢｉｇＤｏｇ的野外生存能力。
２．３．２ 跳跃
ＢｉｇＤｏｇ跳跃１ｍ宽模拟壕沟的运动过程可分为三阶段，即助跑、起跳和落地。首先，跳跃需要较高的水平速度，ＢｉｇＤｏｇ采用奔跑步态，前后腿为同相位步态，既利于加速，又便于跳跃，无需步态转换。后腿发力，伸直，离地，机身前倾；同时前腿逐渐伸直，跟随后腿离地，机身在空中调整水平状态。机身在空中滑行一段距离后，机身后仰，后腿先着地，前腿随后落地。起跳之前一步，有一个蓄势待发的过程，后腿离地之后，前腿稍微延时片刻，借助机身前倾更大的前冲力，离地腾空；机身由前倾急剧变化为后仰，后腿落到前腿起跳位置，发力，快速离地腾空；腿部在空中收紧，防止刮擦，机身借助惯性在空中滑行，同时调整俯仰变化转为水平状态。机器人腾空到最高点后，机身开始前倾，前腿舒展，准备着陆。前腿与地面接触以后，稍做停顿，又快速离地，缓解重力方向的冲击，机身前倾的俯仰角历经一个起伏的变化过程，同时向前滑行，后腿落在前腿的首次着陆处，机身转为水平，恢复奔跑状态。这个奔跑跳跃的连贯动作充分展现了ＢｉｇＤｏｇ大腿强劲的爆发力，液压执行器的大扭矩输出发挥了关键的作用；对比一般行走，髋部纵向执行器输出行程增大，大腿摆幅相应加大，以获取地面更大的反弹力。控制系统根据动物仿生学运动的变化过程，及时调整各个
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浅析ＢｉｇＤｏｇ四足机器人———丁良宏 王润孝 冯华山等
肢体在运动中的姿态变化，以保证动作的连贯性，同时降低冲击载荷对机体特别是腿部的冲击。
３ 导航
２００５年之前，导航并不是波士顿动力公司研究的重点，最初的导航系统是由ＮＡＳＡ－ＪＰＬ提供的，也就是ＭＥＲ火星探测器上所采用的以立体视觉为主的导航系统。随着ＢｉｇＤｏｇ结构和运动控制系统的不断完善，导航的重要性也越发显得突出。ＢｉｇＤｏｇ是面向野外非结构化或者战地环境而设计的，所以机器人的环境识别和自身定位是必需要解决的问题。
实际使用中，ＢｉｇＤｏｇ采用了人员前方引导，机器人随后跟进的策略实现。对路面的感知和自身的定位由机器人自身完成。因而，ＢｉｇＤｏｇ具有自主运动能力，采用自主导航外加人工引导的方式实施运动。用于导航的传感器主要包括：ＧＰＳ、ＳＩＣＫ－ＬＩＤＡＲ平面激光扫描仪、ＩＭＵ、Ｐｏｉｎｔ－Ｇｒｅｙ立体视觉相机等４种。ＧＰＳ作为美国军事领域最通用的全局导航定位系统是必不可少的。ＬＩＤＡＲ平面激光扫描仪用于机器人追踪引导人员，实现跟踪的导航方式，这种用法也是ＢｉｇＤｏｇ的新创意。ＩＭＵ测量机身３个角度和３个线加速度的变化量，用于局部定位，ＢｉｇＤｏｇ因为速度快，是移动机器人领域为数不多的利用了线加速度计的机器人。立体视觉是ＢｉｇＤｏｇ所有导航传感器中最为重要的组成部分，担负着检测机身位姿变化和路面识别２个功能，之前在ＭＥＲ火星探测器上已经成功实现这两点。
３．１ 立体视觉［７?８］
立体视觉目前在机器人非结构化环境的导航研究主要包括３个部分：测量障碍物距离、视觉测程、构建环境地图，其中测程是三者的核心。Ｂｉｇ－Ｄｏｇ的视觉导航研究目前主要是围绕测程而展开。视觉测程是利用追踪前后帧图像中同一特征点的过程，来获取机器人运动前后的变化量，也就是估测机身空间６个自由度的变化量来实现机器人的局部定位。此外，针对四足机器人的运动特性，又增加了地形重建的功能，便于选择落足点，防止路面存在深坑等可能会对机器人造成的伤害。视觉测程可弥补陀螺仪零点漂移对角度测量的影响，以及关节编码器对位置变化测量的困难。所以对于ＢｉｇＤｏｇ机器人而言，立体视觉兼顾了障碍物测距、地形感知和还原，以及位姿检测３个方面。３．２ 全自主导航
人工引导的方式实质仍旧是遥控导航，导航最终环节———路径规划需要人工协助完成。Ｂｉｇ－Ｄｏｇ已开始探索完全脱离人工干预、自主实现环境感知和路径规划的全自主导航研究。当前主要研究内容包括：自主识别环境信息，规划机器人躲避和绕过障碍物的路径，步态控制追踪已规划的路径。激光和视觉传感器检测出障碍物的位置和距离，并一直追踪障碍物的位置变化；构建消耗地图，标出障碍物的位置，利用消耗地图规划出机器人到达阶段目标的路径，机器人与障碍物之间要留出安全距离；路径跟踪算法负责协调控制系统，生成适当的步态算法，控制机器人的速度和位移，使机器人按照规划好的路径运动。
立体视觉装置全程提供机器人正前方４ｍ×４ｍ范围的图像信息，利用测量景深的功能，还原三维地形图，作为基本的环境地图，同时检测低位置的障碍物。立体视觉、关节编码器和ＩＭＵ共同实现机器人位姿变化的检测，即空间６个自由度的变化量，实现局部定位。激光扫描雷达扫描机身水平高度范围内的场景，利用点云分割算法剔除误扫描的地面信息，这样可以识别机身高度范围的障碍物，并且随着机器人移动在视野范围之内始终追踪这些障碍物。
路径规划包括４个部分：①记忆障碍物的位置；②生成消耗地图；③稳定路径；④平滑路径。记忆系统随着机器人视野的变化，更新记忆存储中的障碍物，增新的同时剔除无用的，对于视野外仍然有利用价值的障碍物需要保留。构建机器人周围的二维栅格地图，包括机身后侧刚经过的环境，与路径规划算法同步迭代更新；计算出每个栅格机器人穿越的消耗值，当某一值较大而周围的值又明显较小时，可确定为障碍物或者目标。采取３项措施确保路径规划的生成稳定可靠：利用上一步规划的机器人投影位置衔接下一步的规划，跳过当前步，防止机器人横向徘徊；为确保路径跟随的连续性，利用前２．５ｓ至上一步规划的完整路径预测下一步的路径规划，防止地面干扰腿部造成的机身航向偏移对路径规划的影响；利用一段较长的走过的规划路径，可以缩减生成新的路径规划所用时间，简单环境可行。采用规整的栅格生成的路径通常在连接处会有方向突变，造成方向控制的紊乱；连接处的轨迹需要曲线光滑，同时每次规划再粗略地使用这个光滑连接，可以缩减下一步规划时间，最后生成平直光顺的路径轨迹。事实上，以上路径规划的过程与人或者动
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物遭遇相同场景时采取的规划思路非常相似。导航规划实质上是利用仿生学，把与人或者动物相似的连续路径规划思维过程采用技术的方法重现，应用到机器人之上。
ＢｉｇＤｏｇ是目前非结构化环境移动机器人领
域中，少数敢于尝试在树林这样的环境中采用全自主导航方式实施运动的机器人。尽管在２６次实验中取得了２３次成功的良好结果，但这并不意味着这种导航方式已完全满足ＢｉｇＤｏｇ的实用要求。机器人的全自主导航运动是人类研究机器人的终极目标，
但在目前的研究框架内，要达到人类智能水准的导航能力是很难实现的。原因很简单，机器人的大脑，即计算机及相关程序，还无法达到人类和动物的大脑对环境识别和决策规划的高度。虽然视觉装置可以采集图像信息，但对于图像的分析和处理还是要依靠图像处理算法，而图像处理技术目前仍处于发展阶段。此外，最关键的一点，是人和动物具备对视觉场景关键信息瞬间识别和判断的能力，
而机器人目前还远达不到这样的高度。当然，随着人工智能和计算机技术的快速发展，
以及人类对于自身大脑的结构和功能的认识，机器人的智能水平还是可以慢慢提高的。目前主要还是以大量的环境实验为基础，不断修改导航系统的各种算法，提高对环境细节的识别能力，积累更多的先验信息，来应对一些常见的环境识别和路径规划问题。图６ ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ四足机器人
３．３ ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ的导航研究
ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ也是波士顿动力公司所开发的四足机器人，其实质是ＢｉｇＤｏｇ实验室环境下的替代版，提供给美国高校用于ＢｉｇＤｏｇ的导航和运动控制研究。当前主要的研究内容是复杂环境地形的感知和运动控制研究，斯坦福大学、麻省理工学院等高校目前正在承担这项研究
［９－１１］
。从图６
可看出ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ在实验环境下所遭遇的地形复杂程度远超过ＢｉｇＤｏｇ实际所面临的环境难度。利用立体视觉精确地还原三维地形，把地形信息作为已知条件，再引入学习机制，ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ经过反复实验，可以逐步适应这样的环境条件，选择最佳的行走路径。在实验室里模拟更加困难的环境
来考验机器人，从实验中找到解决的方法，再应用到ＢｉｇＤｏｇ的实物样机中，可以大幅提高研究的效率。实现阶梯蹦跳、走梅花桩等对运动控制和地形识别能力要求极高的复杂动作，是ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ
当前最主要的研究目标，已取得阶段性进展［
１２－１４］
。３．４ 小结
非结构化环境移动机器人的导航研究是一项极具挑战性的工作。理想化的导航系统是以不变应万变，以有限的算法处理任意变化的环境特征；目前的导航现状是以万变应不变，不断地改进算法和补充先验信息，但也只能处理某一静态的特定场景，局限性很大。因此，非结构化环境的导航研究首先必须明确环境，
然后针对该环境的结构特征开展算法的研究。ＢｉｇＤｏｇ的导航研究特别是全自主导航部分，对于提升这个领域的研究水平具有很好的推动作用。
４ 建议
国内四足机器人的研究大多采用电机作为驱
动装置，
造成机器人行走速度较慢、机动性能差，无法达到ＢｉｇＤｏｇ那样的运动状态，也制约了控制和导航的进一步研究。从ＢｉｇＤｏｇ的分析中可以看出，只有从根本的驱动方式改进上着手，足类机器人的运动能力才能得到大幅度的提高。四足机器人的基本研究思路可归纳为４点：驱动、结构、运动控制和导航。综合前面的分析，提出如下建议。
（１
）驱动和结构。采用高功率密度的驱动装置，
如液压系统，利用高性能伺服装置实现力和扭矩平稳快速输出；设计精致紧凑的仿生机体结构，以减轻质量，关节部位兼顾强度和灵活性，提高传动效率；设置缓冲减震装置，增强柔韧性。（２）控制。提高控制系统与外部环境的柔顺性，增强机器人适应复杂地形的能力；针对复杂地形和险情遭遇引入牵引控制，设置应急动作程序；采用状态机配合步态控制生成算法。
（３）导航。建立以立体视觉为核心的导航系统，结合激光、ＩＭＵ、ＧＰＳ共同实现环境的感知和机身定位；采用视觉测程、构建三维环境地图等方法，针对非结构化环境特征设计算法体系；由自主导航配合人工导航逐步向全自主导航拓展。
以上建议的中心仍然是机体结构及驱动装置的设计和实现，只有拥有一基本运动能力强的样机平台，四足机器人的研究才能得以全面展开。
５ 结语
本文尝试从专业角度解读ＢｉｇＤｏｇ四足机器
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１５浅析ＢｉｇＤｏｇ四足机器人—
——丁良宏 王润孝 冯华山等
人，围绕ＢｉｇＤｏｇ的核心技术进行分析，试图找出其运动能力超强的原因。目的是为国产四足机器人的研究提供一些参考和建议。ＢｉｇＤｏｇ机器人实际研究所包含的信息量远远超过本文所提到的几点。由于ＢｉｇＤｏｇ早已被美国军方立项，即将列装，所以一些关键技术在相关论文中会有所保留。随着国内在四足领域研究的深入，相信会逐步掌握四足机器人的研究方法。
ＢｉｇＤｏｇ的设计实现从总体上看并没有超出常规的技术范畴，所采用的各种技术方法在以往的机器人或者其他领域都曾出现过。针对四足机器人的特性，个别技术实现了较大的突破和创新，还有些技术直接引用了其他领域的尖端成果。综上所述，ＢｉｇＤｏｇ的成功之处可概括为以下三点：①单项技术优势明显；②系统整合高效合理；③细节处理精益求精。
ＢｉｇＤｏｇ作为当今世界最先进的四足机器人，虽然表现出很强的运动能力和遥遥领先于其他足类机器人的各项性能指标，但其与真正的四足哺乳动物相比，ＢｉｇＤｏｇ的研究还有很长的路要走。比如速度还有待大幅度地提高，实现奔跑以后，还要具备在高速跑动中变向的能力，此外，复杂环境全自主导航运动的实现，也是所面临的技术瓶颈之一。
现代科技在过去的百年中得到了高速的发展，人类先后发明创造了如坦克、喷气式飞机和核航母等先进的移动装置，但真正与人类生活关系密切的四足哺乳动物的仿生研究制造才刚刚进入实质性的阶段。四足动物复杂的肌体构造，若用现代科技实现完全意义上的仿生还原，人类未来仍旧面临着巨大的技术挑战。
参考文献：
［１］ ＢｉｇＤｏｇ－ｔｈｅ Ｍｏｓｔ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｕｇｈ－ｔｅｒｒａｉｎ Ｒｏｂｏｔｏｎ Ｅａｒｔｈ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１１－０３－１０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｏｓｔｏｎｄｙｎａｍｉｃｓ．ｃｏｍ／ｒｏｂｏｔ＿ｂｉｇｄｏｇ．ｈｔｍｌ．
［２］ Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｍ，Ｐｌａｙｔｅｒ Ｒ，Ｒａｉｂｅｒｔ Ｍ．Ｒｏｂｏｔｓ ｓｔｅｐ ｏｕｔ－ｓｉｄｅ［Ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏ－
ｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅｓ．Ｉｌｍｅｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ，２００５：１－４．
［３］ Ｐｌａｙｔｅｒ Ｒ，Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｍ，Ｒａｉｂｅｒｔ Ｍ．ＢｉｇＤｏｇ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ．Ｏｒｌａｎｄｏ（Ｋｉｓｓｉｍｍｅｅ），ＦＬ，ＵＳＡ，２００６：６２３０２Ｏ．
［４］ Ｒａｉｂｅｒｔ Ｍ，Ｂｌａｎｋｅｐｏｏｒ Ｋ，Ｎｅｌｓｏｎ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｇ－ｄｏｇ，ｔｈｅ Ｒｏｕｇｈ－ｔｅｒｒａｉｎ Ｑｕａｄｒｕｐｅｄ Ｒｏｂｏｔ［Ｃ］／／
Ｐｒｏｃｅｅｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １７ｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｉｎ－
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｏｕｌ．
Ｓｅｏｕｌ，Ｋｏｒｅａ，２００８：６－９．
［５］ ＢｉｇＤｏｇ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１１－０３－１０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｏｓｔｏｎｄｙｎａｍｉｃｓ．ｃｏｍ／ｉｍｇ／ＢｉｇＤｏｇ＿Ｏｖｅｒ－
ｖｉｅｗ．ｐｄｆ．
［６］ Ｒａｉｂｅｒｔ Ｍ．Ｌｅｇｇｅｄ Ｒｏｂｏｔ ＆ＢｉｇＤｏｇ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１１－０３－１０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｏｅ．ｕｎｃｃ．ｅｄｕ／～ｊｍ－
ｃｏｎｒａｄ／ＥＣＧＲ６１８５－２００８－０１／ｎｏｔｅｓ／ＢｉｇＤｏｇＲｏｂｏｔ
＿Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．ｐｄｆ．
［７］ Ｗｏｏｄｅｎ Ｄ，Ｍａｌｃｈａｎｏ Ｍ，Ｂｌａｎｋｅｓｐｏｏｒ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＢｉｇＤｏｇ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ Ｉｎ－
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａ－
ｔｉｏｎ．Ａｎｃｈｏｒａｇｅ，ＵＳＡ，２０１０：４７３６－４７４１．
［８］ Ｈｏｗａｒｄ Ａ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ Ｓｔｅｒｅｏ Ｖｉｓｕａｌ Ｏｄｅｍｅｔｒｙ ｆｏｒＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｇｒｏｕｎｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｃ］／／ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｎｉｃｅ，Ｆｒａｎｃｅ，２００８：３９４６－３９５２．
［９］ Ｋａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ Ｍ，Ｂｕｃｈｌｉ Ｊ，Ｐａｓｔｏｒ Ｐ，ｅｔ ａｌ．Ｌｅａｒｎ－ｉｎｇ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｒｏｕｇｈ Ｔｅｒｒａｉｎ ｕｓｉｎｇ Ｔｅｒｒａｉｎ
Ｔｅｍｐｌａｔｅｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ／ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＵＳＡ，２００９：１６７－１７２．
［１０］ Ｋｉｍ Ｙ．Ｇｅｔｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｏｓｅ ＵｓｉｎｇＳｔｅｒｅｏ Ｖｉｓｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１１－０３－１０］．ｈｔｔｐ：／／
ｗｗｗ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／ｃｌａｓｓ／ｃｓ２２９／ｐｒｏｊ２００７／Ｋｉｍ－
Ｇｅｔｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｏｓｅ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔｅｒｅｏ Ｖｉ－
ｓｉｏｎ．ｐｄｆ．
［１１］ Ｋｏｌｔｅｒ Ｊ，Ｋｉｍ Ｙ，Ｎｇ Ａ．Ｓｔｅｒｅｏ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｒ－ｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｑｕａｄｒｕｐｅｄ Ｒｏｂｏｔｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａ－
ｔｉｏｎ．Ｋｏｂｅ，Ｊａｐａｎ，２００９：１５５７－１５６４．
［１２］ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ Ａ，Ｌｅｖａｓｈｏｖ Ｍ，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｉ，ｅｔ ａｌ．Ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｏｎ Ｒｏｕｇｈ Ｔｅｒｒａｉｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ
Ｒｏｂｏｔ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１１，３０（２）：１９２－２１５．
［１３］ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ Ａ，Ｌｅｖａｓｈｏｖ Ｍ，Ｉｔａｎｉ Ｓ，ｅｔ ａｌ．ＭｏｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｏｎ Ｒｏｕｇｈ Ｔｅｒｒａｉｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ Ｒｏｂｏｔ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１１－０３－１０］．ｈｔｔｐ：／／
ｗｅｂ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ｓｈｋｏｌｎｉｋ／ｗｗｗ／ｐｕｂｌｉｃｃａｔｉｏｎｓ／ＬＤ－
ｂｏｕｎｄｉｎｇ．ｐｄｆ．
［１４］ Ｂｙｌ Ｋ，Ｓｈｋｏｌｎｉｋ Ａ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｓ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｄｙ－ｎａｍｉｃ Ｍｏｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａ Ｓｔｉｆｆ Ｑｕａｄｒｕｐｅｄ［Ｍ］．Ｂｅｒｌｉｎ：
Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｔｒａｃｔｓ ｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，２００９．
（编辑 何成根）
作者简介：丁良宏，男，１９７８年生。西北工业大学机电学院博士研究生。主要研究方向为四足机器人立体视觉导航、视觉测程。发表论文２篇。王润孝，男，１９５７年生。西北工业大学副校长、教授。冯华山，男，１９７５年生。西北工业大学机电学院助教、博士。李 军，男，１９８１年生。西北工业大学机电学院博士研究生。
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中国机械工程第２３卷第５期２０１２年３月上半月
四足机器人研究现状及其展望
四足步行机器人研究现状及展望 (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、娱乐及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。
(完整版)工业机器人文献综述
工业机器人文献综述 生产力在不断进步，推动养科技的进步与革新，以建立更加合理 的生产关系。自工业革命以来，人力劳动己经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并己经成为时代的主旋律。 1.工业机器人的发展： 1.1 机器人概念的诞生 机器人技术一词虽然出现的较晚，但这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，有不少科学家和杰出工匠都曾制造出具有人类特点或具有动物特征的机器人雏形。我国西周时期的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文章记录，此外春秋后期鲁班制造过一只木鸟，能在空中飞行，体现了我国劳动人民的智慧。机器人一词由捷克作家--卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首次提出，剧中描述了一机器奴仆Robot。此次Robot被沿用下来，中文译成机器人。1942年美国科幻作家埃萨克.阿西莫夫在他的科幻小说《我.机器人》中提出了“机器人三大定律”，这三大定律后来成为学术界默认的研发原则。现代机器人出现于20世纪中期，当计算机技术出现，电子技术的进步，数控机床的出现及与机器人相关的控制技术和零件加工技术的成熟，为现代机器人的发展打下了基础。 1.2 国内机器人的发展史 在我国目前采用工业机器人的行业主要有汽车行业、摩托车、电 器、工程机械、石油化工等行业。我国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，对于工业机器人的需求量在逐年增加，从而吸引了大批工业机器人的制造商，加快了我国工业机器人技术的发展第一阶段是20世纪80年代，我国为t跟踪国际机器人技术的道路，当时以原机械工业部为主，航天工业部等部门联合组织国内的相关研究单位开展了工业机器人的研究，先后推出了弧焊、点焊、喷漆等多种工业机器人。直到90年代，通过国家863计划等的K77，我国具备t独!)设计不}}生产工业机器人的能力，培养了一批高水平的研究生产队伍进入21世纪，中国的工业机器人发展进入t一个崭新的阶段，其中最大的特点是以企业为主体，以市场为导向、赢利为目标的机器人产业开发群体止在形成。尽管国外大的工业机器人公司为了占领中国不断扩大的市场，加大了其在中国的经销力度，但是中国的机器人企业以自己独有的市场信息优势、售前售后的服}}c势、针对中国企业的工艺特点的专门化设计优势努力争取自己的市场地位随养全球经济的一体化发展，世界制造中心向中国转移的趋势，中国工业机器人的产业会快速的发展起来，特别重要的是研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂，实现真止的产业化。 经过20多年的探索，我国的工业机器人自动化技术取得t长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有不小的差距;机器人应用工程起步也较晚，应用领域窄，生产线系统技术落后随养我国制造业-尤其是汽车行业的发展，对工业机器人的需求日益增长，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量。尤其是基础零部件和元器件生产和制造、机器人可靠性以及成木等问题，都存在很多问题。尤其在大负载工业机器人方而，不仅产品长期大量依靠从国外引进，在维护、更新改造方而对国外的依赖也相当严重。 1.3国内外工业机器人的发展方向
毕业设计(论文)机器人行走机构 文献综述
重庆理工大学 毕业设计（论文）文献综述题目机器人行走机构设计 二级学院重庆汽车学院 专业机械设计制造及其自动化班级 姓名学号 指导教师系主任 时间
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机器人行走机构 吴俊 摘要：行走机器人是机器人学中的一个重要分支。行走机构可以是轮式的、履带式的 和腿式的等，能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。本 文从国内外的研究状况着手，介绍了行走机器人的发展历史，研究现状和发展趋势。本文还介绍了国内最新的研究成果。 关键字：机器人行走机构发展现状应用 Keyword:robot travelling mechanism developing current situation application 一，前言 行走机器人是机器人学中的一个重要分支。关于行走机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式的和腿式的等；其次，必须考虑 驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为；第三，必须考虑导航或路径规划。因此，行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体 的综合系统。机器人的机械结构形式的选型和设计，应该根据实际需要进行。在机器 人机构方面，应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性 的工作。对于行走机器人，研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的 各种移动机构。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多，但大多数 仍处于实验阶段，而轮式移动机器人由于其控制简单，运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展，从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车，从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车 到新近研制的管道清洗检测机器人，都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和 广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。 二、课题国内外现状 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, 是一种足式移动机构。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。 三、研究主要成果 国内多足步行机器人的研究成果[1]： 1991年,上海交通大学马培荪等研制出JTUWM[1]系列四足步行机器人。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
创意之星模块化机器人实验程序
第一次实验：MultiFLEX控制卡编程实验 蜂鸣器实验 #include
{ write_gpio(~((uint16)io_out)); delay(5);//延时5×20MS=0.1s io_out<<=1; write_gpio(~((uint16)io_out)); delay(5); } } else write_gpio(0xFF00); } } 第二次实验：多自由度串联式机械手 #include "Public.h" #include "Usertask.h" void u ser_task(void) { uint8 array_rc[23]={0};//舵机控制数组长度为24，可控制12路舵机，舵机运动函数要求array_rc[偶数]为舵机目标角度值，array_rc[奇数]为舵机运动速度值 array_rc[0]=90; //舵机1，中位为0度（对应数值90），目标角度+20度。取值范围0-180，超过此范围程序会丢弃此数据 array_rc[1]=170;//舵机1，速度为170。取值范围0-255，超过范围程序会丢弃此数据 array_rc[2]=90;//舵机2目标角度设置 array_rc[3]=170;//舵机2转动速度设置 array_rc[4]=90+90;//舵机3 array_rc[5]=170; rc_moto_control(array_rc);//将舵机运动信息交给舵机运动函数，实现舵机运动 delay(50);//延时50*20MS= 1S,给舵机提供反应时间，此反应时间应大于舵机实际运动所需时间 array_rc[0]=90-90; array_rc[1]=170; array_rc[2]=90-90; array_rc[3]=170; array_rc[4]=90+90; array_rc[5]=170; rc_moto_control(array_rc); delay(50); array_rc[0]=90; array_rc[1]=170; array_rc[2]=90;
北航adams实验报告-四足机器人
成绩 采用ADAMS和MATLAB建立机械装置或机电装置虚拟样机 ——四足机器人建模与仿真 实验报告 院（系）名称自动化科学与电气工程 专业名称控制工程 学生学号0 学生姓名0 指导教师0 2016年4月
一、实验背景 1. 参照自然界四足哺乳动物如猫狗的运动形式，对四足机器人进行建模，结合虚拟样机技术软件ADAMS，对四足机器人进行步态规划、运动学和动力学分析，使四足机器人模型良好运行。 2. 利用拉格朗日能量法建立四足机器人坐标系并对四足机器人进行运动学分析。 3.在Solidworks中建立四足机器人三维模型，之后将三维模型导入至虚拟样机软件ADAMS中，在ADAMS中建立虚拟样机模型，并利用样条曲线来规划机器人的运动轨迹，进行仿真，实现机器人的直线行走。 二、实验原理 2.1 研究对象背景分析 移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸发展成轮式移动机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生机器人。运动仿生机器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生机器人。 自然环境中有约50％的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。现研制成功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究很少。 曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例，四足机器人的研究深具社会意义和实用价值。 2.2 研究对象数学模型分析 四足机器人整体结构由躯体、左前腿、右前腿、左后腿、右后腿五部分组成。
四足仿生移动机器人结构设计
毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：副教授 评阅者：
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
国内外四足机器人发展及普及
摘要：对四足机器人研究应用的历史与现状做了介绍，列举出国内外主要研究机构及其主要研究成果，对四足机器人研究的热点和难点问题进行了归纳总结，并展望了四足机器人的发展趋势。 关键词：四足机器人；研究与应用；历史与现状；难点与热点；发展趋势 1. 引言 移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸发展成轮式移动机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生机器人。运动仿生机器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生机器人。 自然环境中有约50％的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。现研制成功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究很少。 曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例。长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为：从稳定性和控制难易程度及制造成本等方面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人形式[1]，四足机器人的研究深具社会意义和实用价值。 2. 国内外四足机器人研究历史与现状 四足机器人的研究可分为早期探索和现代自主机器人研究两个阶段。 2.1 四足机器的早期探索 中国古代的“木牛流马”以及国外十九世纪由Rygg设计的“机械马”，是人类对足式行走行机器的早期探索。而Muybridge在1899年用连续摄影的方法研究动物的行走步态，则是人们研究足式机器人的开端。20世纪60年代，机器人进入了以机械和液压控制实现运动的发展阶段。美国学者Shigley（1960）和Baldwin（1966）都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车[2]。这一阶段的研究成果最具代表性的是美国的Mosher于1968年设计的四足车“Walking Truck” [3]（图1）。 图1 Walking truck 80年代，随着计算机技术和机器人控制技术的广泛研究和应用，真正进入了具有自主行为的现代足式机器人的广泛研究阶段。
攀爬机器人文献综述
攀爬机器人文献综述 攀爬机器人文献综述 对攀登机器人结构点性能计算和实验的研究 摘要 本文介绍了并联攀爬机器人性能的运动学和动力学研究，从而避免结构框架上的节点。为了避免结构节点，攀爬并联机器人可以取得某种确定的动作。一系列的动作组合起来，可以方便沿着结构节点的攀登运动。必须对并联攀爬机器人的姿态予以研究，因为在其独特的配置下，姿势能够驱动机器人。此外，需要对执行机构为了避免机构节点而产生的力进行评估。因此本文的目的要表明，Stewart–Gough 并行平台能够作为攀爬机器人，与其他机器人相反，并行攀爬机器人能后轻易而优雅地避免结构节点。为了支持第一部分中描述的模拟结果，实验测试平台已经发展到围绕结构节点对并联攀爬机器人地动力性能进行研究。获得的结果非常有趣，显示了潜在的在工业中使用平行S-G机器人作为攀岩机器人的存在。 关键词：爬壁机器人、动力学、并联机器人、奇点
一简介 当需要在一些危险或者难以到达的地方执行任务时，具有在不同结构上攀爬和滑行能力的机器人是非常重要的，比如在检查和维修金属桥梁、通信天线以及深入核工业结构内部过程中使用的机器人。通常，这些类型的金属结构是由聚合在一起的杆构成，是一种联合机械，每一个都可以描述为棱柱元素变截面和尺寸的扩展。所有这些元素组合产生晶格不同的几何结构，其中结构性因素在不同点的结合称为结构节点。这类结构的尺寸和形状取决于它应用的设计。在这一类型设置中不同任务的机器人化已经被广泛地记载在文献中。在许多情况下，有人提出使用连接机构和多腿机器人来实现位移的随即移动。另外，许多这些机器人是被设计用来在墙壁或管道攀爬和工作。一些建议的解决方案在机械上是非常复杂的，需要在运动控制方面有高水平的发展和阐述。一种用来给双层底部板件焊接的机器人正在研制当中。该型机器人是由一种有选择顺应性装配机器手臂配置的四足机器组成。该机器人通过抓住加强筋移动，但由于其几何结构不能移动通过结构节点。Balaguer提出了一种能够在复杂的三维金属基结构的爬壁机器人。该机器人采用“毛毛虫“的概念来取代这些结构，并实时生成控制设计从而确保稳定的自我支持。Longo建议一个城市侦察双足机器人。这种机器人能够在表面上实现交替移动，并且小到足以穿越密闭空间。Minor and Rossman 提出了一种有腿的机器人，能够通过移动其身体从而产生推力。这些机器人的结构让它们沿着管道和梁结构，并通过内爬管道，但机器人不能够避免节点。在本篇论文中提出的机器人能够围绕结构节点移动。 对于位移和攀爬金属结构的最优解问题在理论上是基于一种原理，动力执行机构是机器人结构的一部分，直接连接到并联机器人地末端，并用一种几何技巧克服了用于微小运动时的障碍。此外，机器人要轻便，机械结构简单，具有大的载荷和高速运转能力。这些条件基本都是由并联机器人实现。基于这个原因，用一种改进的的并联机器人作为攀爬机器人完全是有可能的。 基本上，并联机器人用于攀登必须用适当的夹具系统改变两个环中的一个，并取代另一个环，并通过预先设定的位移方向实现几何构型的动作。对并联机器人而言，这个过程简单且自然。
创意之星之四足机器人
大学 专业实践课题：四足追光机器人 姓名： 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 指导教师:
四足追光机器人 一、实验目的 用“创意之星”机器人套件组装可以进行追光行走的四足机器人； 二、实验套件（创意之星） 1.机械结构：基本结构件、舵机动力关节、可转向轮子、机械爪等； 2.控制系统：控制卡、舵机、直流电机、各类传感器、电源等； 3.控制软件：NorthSTAR 图形化开发环境 三、实验步骤 1、确定其基本功能 基本功能： a．在平地上通过步态设计，可以正常迈步行走。同时头部传感器检测前方光源，便于及时调整运行动作，追光行走。 b．当左侧红外线传感器检测到光源强于右侧红外线传感器检测到的光源时，机器人运行步态会改变，控制机器人左转。右侧的光源强于左侧的光源时用同样的原理控制机器人右转。 c．当两侧均检测到光源亮度相等时，调整步态，追光机器人会向前走。直至检测不到光源停止，再控制向后退。
2、机构设计 整个巡视机器人由大致三个模块组成： a.由8个舵机组成四足机器人的4条腿模块； b.由2个舵机组成四足机器人尾部部分； c.由2个红外接近传感器和1个舵机组成的感应模块。 3、机构的装配 整个四足避障机器人由1个控制板，1个舵机和两个红外接近传感器组成可转动头部，8个舵机组成主要的4条机械腿，由两个舵机构成尾部部分。整个四足机器人共由11个舵机、两个红外接近传感器及“创意之星”机器人零部件组成。 安装可分为零件的安装，部件的组装以及最后的总装过程。根据预先设计好的机器人结构方案，组装四条腿的部件、头部、尾部以及机器人主体部分，最后组装到一块，形成完整的整体结构。 4、连接电线 由于我们此次使用的是创意之星的标准套件，舵机接线、传感器模拟与数字端口的连接都及其方便简单。 5、设置各个舵机的限制参数 一方面保护所使用器件的性能，防止过载或错误操作而将其损坏；另一方面
仿生四足机器人的研究：回顾与展望(3)
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
四足机器人方案设计书
浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书
“四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目
标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物有可能正好被障碍物遮住，此时我们会设计相应的程序告诉机器人现在先向右行走一定的距离再进行扫描。又由于尽管已经扫描到了目标物，当机器人走向
家用机器人设计开题报告
百度文库 大连大学 本科毕业论文（设计）开题报告 李洋流 论 文 题 目: 学 院: 专 业、 班 级: 学 生 姓 名: 基于博创创新平台的家用清洁机器人设计 机械工程学院 机械设计制造及自动化机英 092班 卫斌乐
2013年3月20日填 、选题依据 1 .论文（设计）题目： 基于博创创新平台的家用清洁机器人设计 2.研究领域: 单片机及传感器系统设计 3.论文（设计）工作的理论意义和应用价值 当代科学技术发展的特点之一就是机械技术，电子技术和信息技术的结合，机器人就是这种结合的产物之一。现代机器人都是由机械发展而来。与传统的机器的区别在于，机器人有计算机控制系统，因而有一定的智能，人类可以编制动作程序，使它们完成各种不同的动作。随着计算机技术和智能技术的发展，极大地促进了机器人研究水平的提高。现在机器人已成为一个庞大的家族，科学家们为了满足不同用途和不同环境下作业的需要，把机器人设计成不同的 结构和外形，以便让他们在特殊条件下出色地完成任务。机器人成了人类最忠实可靠的朋友，在生产建设和科研工作中发挥着越来越大的作用。 家庭清洁机器人不但能够代替人乏味的体力劳动，还有其他人们所不具备的优点，可以 24小时甚至更长时间连续重复运转，还可以承受各种恶劣环境。因此，家庭清洁机器人是人 体局部功能的延长和发展。21世纪是敏捷制造的时代，家庭清洁机器必将在敏捷制造系统中 应用广泛。 4?目前研究的概况和发展趋势 随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。就目前来看，总的来说现代机器人有以下几个发展趋势: 1）提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； 2）开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多 自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合； 3）研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作 对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、 动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。 、论文(设计)研究的内容
“创意之星”模块化机器人实验指导书(实验版)
电子科技大学 “创意之星”模块化机 器人实验 机械电子工程学院 2010 年3 月
目录 实验一MULTIFLEX控制卡编程实验 (1) 实验二多自由度串联式机械手 (10) 实验三简易四足机器人 (15) 实验四轮式机器人运动控制实验 (19) 实验五机器人传感系统实验 (24) 实验六自主避障机器人实验 (27) 实验七追光的机器爬虫 (37) 实验八开放性实验：设计自己的机器人 (48)
实验一MultiFLEX 控制卡编程实验 实验目的 （1）了解MultiFLEX控制卡的基本结构； （2）了解WinAVR+AVRStudio编译环境的使用； （3）了解C 语言环境下编写控制程序，并编译、下载到MultiFLEX 控制器中执行的流程 （4）熟悉关于AVR 单片机的io 口有关的寄存器的概念、作用 （5）理解函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()的定义，掌握其用法 （6）熟悉并掌握利用2 中的3 个函数控制MultiFLEX 控制卡的16 路IO 口实验环境： UP-MRcommander 控制软件 实验器材： 计算机1台 MultiFLEX 控制卡1块 控制卡电源线1根 串口下载线1根 232电缆1根 USB转232电缆1根 舵机4个 舵机延长线4根 实验步骤 1 WinAVR 以及AVRStudio 软件的安装 首先大家打开实验指导书配套光盘，在“MultiFLEX 控制卡\AVR MCU 开发资料”目录下，打开“WinAVR”文件夹，双击 “WinAVR-20060421-install.exe”完成WinAVR 的安装；然后打开“AVR Studio”文件夹，根据文件夹里面的安装说明进行AVRstudio 的安装，并将其升级到最新版本。 注意：请先安装WinAVR 再安装AVRStudio，这样WinAVR 才能自动嵌入到AVRStudio 中。 2 用3AVRStudio 建立一个工程 首先打开我们刚刚安装好的AVRStudio，会出现如下窗口：
四足仿生移动机器人结构设计
河工大 毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：张副教授 评阅者： 2013年 5月 29日
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
大数据下民用机器人的运用及发展的文献综述演示教学
大数据下民用机器人的运用及发展的文献综述 李论 摘要：在人工智能大热的背景下，机器人的发展也日新月异，迅速渗透到各行各业中。机器人不仅改变着人类生活方式，也是先进制造业的关键支撑装备，其研发和产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。近年来，随着机器人逐渐走入百姓的视野和生活，一系列政策扶持及市场需求拉动，使得中国民用机器人产业飞速发展。 关键词：大数据民用机器人研究综述 一、国内外民用机器人的现状与发展 通常所说的机器人主要指的是工业机器人，不仅仅是因为工业机器人起步较早，运用领域较广，更重要的是工业机器人已经比较成熟，在很多领域都能够得到应用。服务机器人则不然，日本早在20多年前就开始涉足服务机器人的研究，为什么迟迟没有成熟的产品问世？最近一年来，服务机器人却异军突起？主要有两个原因：一是大数据、云计算、精密传感等技术取得重大突破；二是日本进入老龄化社会以后，巨大的市场刚需倒逼行业发展。 服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，完成有益于人类健康的服务工作。医用机器人是具有最好应用前景的服务机器人，它能够完成或辅助完成常规医疗方法和设备难以完成的复杂诊断和手术，已在神经外科手术、胸（含心脏）外科手术、遥控外科手术、人工关节置换和无损伤检测等方面引起重大变革，极大地提高医疗水平，为病人带来福音。医疗机器人主要研究开发手术机器人及其相关先进医用技术和设备，包括开展手术规划与导航、高精度和高可靠性的定位操作医用机器人机构、灵巧微操作手（机械手）、人机交互导航控制等关键技术。医用机器人的研究开发，不仅对常规医疗带来一系列技术变革，对临床和家庭护理及康复工程的发展产生深远影响，而且将推动智能机器人、计算机、虚拟现实、微机械电子等学科的发展。除手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，服务机器人还包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难。 过去，日本开发了许多服务机器人，特别是陪护老人、情感、娱乐、教育等领域的机器人，与老人聊天，帮助老人拿东西，帮助老人做饭倒水、照顾孩子等，由于技术不成熟，不敢推向社会。他们认为，要推出与人打交道的产品是非常谨慎的事情。如果机器人不但没有陪护好老人，反而还伤害老人，这将是巨大的社会问题。最近几年，在互联网、物联网、图像识别、语音识别等技术有了快速发展的背景下，我们过去的困难变得迎刃而解。当然，目前的服务机器人还只是一个初级阶段的产物，智能化水平比较低，还需要不断完善。1 1胡跃明，丁维中等．吸尘机器人的研究现状与展望．计算机测量与控制，2002．10(10)：631—633页 2蒋新松．未来机器人技术发展方向的探讨．机器人．1996(5)：285—291页 3王炎，周大威．移动式服务机器人的发展现状及我们的研究门．电气传动．2000(4)： 精品文档
创意之星机器人说明书
创意之星机器人说明书
目录 1结构套件简介 (3) 1.1 结构件概述 (3) 1.2 ConnFLEX连接结构 (3) 1.3 不同版本......................................................................................................... .. (4) 1.4 使用零件3D模型 (6) 2控制器及电源 (7) 2.1 MultiFLEX?2-A VR控制器 (8) 2.2 MultiFLEX?2-PXA270控制器 (9) 2.3 电池和直流电源 (12) 3传感器 (12) 3.1传感器的信号类型及电气规范 (13) 3.2“创意之星”传感器接口 (14) 3.1接近传感器 ...................................................................................................... (16) 3.2 测距传感器 (19) 3.3 声音传感器 (24) 3.4 碰撞传感器 (26) 3.5 倾覆传感器 (26) 3.6 温度传感器 (27) 3.7 光强传感器 (27) 3.8 灰度传感器 (28) 3.9 视觉和语音传感器 (28) 4执行器 (29) 4.1 CDS5516机器人舵机 (29) 4.2 CDS5401大扭矩R/C舵机 (32) 4.3 BDMC1203电机驱动模块 (33) 4.4 Faulhaber大功率减速电机 (34) 5 NorthSTAR 图形化开发环境 (35) 5.1 安装及使用介绍 (35) 5.2 使用流程图开发 (39) 5.3 手写代码开发 (46) 5.4 调试与在线监控 (47) 6 其它部件 (54) 6.1 UP-Debugger 下载调试器 (54) 6.2 WiFi 无线网卡或以太网线缆 (55) 6.3 ZigBee无线模组 (56)
本科毕设步行机器人文献综述
本科生毕业设计(论文)文献综述 设计(论文)题目步行机器人运动学分析 作者所在系别机械工程系 作者所在专业机械设计制造及其自动化 作者所在班级B08111 作者姓名郭建龙 作者学号20084011132 指导教师姓名韩书葵 指导教师职称副教授 完成时间2012 年 2 月 北华航天工业学院教务处制
说明 1．根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2．文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。 3．文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 5．文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交
毕业设计（论文）文献综述
Quadruped walking robot Abstract:The composition of the various parts of the walking robot is given a four-legged walking robot for complex terrain structure,analysis of the gait of the robot,given way to judge the stability of the robot in this form of gait.DH transform the kinematics of the robot forms of expression.The use of software for the simulation of the walking robot kinematics,robot joint exercise in the form in this form of gait,and laid the foundation for future robot control. Keywords: r obot kinematic analysis gait stability