移動(dòng)機(jī)器人課程

移動(dòng)機(jī)器人課程第1頁/共47頁第6章移動(dòng)機(jī)器人6.1移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展6.2移動(dòng)機(jī)器人的基本組成6.3輪式移動(dòng)機(jī)器人6.4履帶式移動(dòng)機(jī)器人6.5步行移動(dòng)機(jī)器人第2頁/共47頁6.1移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展通常所說的移動(dòng)機(jī)器人是指一種由傳感器、遙控操作器和自動(dòng)控制的移動(dòng)載體組成的采用遙控、自主或半自主等方式由人類對其進(jìn)行控制的一類機(jī)器人。這類機(jī)器人因比一般機(jī)器人有更大的機(jī)動(dòng)性、靈活性，故通常工作在勞動(dòng)強(qiáng)度大、人類無法進(jìn)入或?qū)θ祟愑形：Φ膱龊现?，代替人類進(jìn)行工作。60年代后期，美國和蘇聯(lián)為完成月球探測計(jì)劃，研制并應(yīng)用了移動(dòng)機(jī)器人。從20世紀(jì)80年代開始，美國國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）專門立項(xiàng)，制定了地面無人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計(jì)劃。從此，在全世界掀開了全面研究移動(dòng)機(jī)器人的序幕。我國在移動(dòng)機(jī)器人的研究起步較晚，大多數(shù)研究尚處于某個(gè)單項(xiàng)研究階段。第3頁/共47頁6.2移動(dòng)機(jī)器人的基本組成移動(dòng)機(jī)器人可以從不同的角度進(jìn)行分類。如從工作環(huán)境分為室內(nèi)和室外機(jī)器人；從移動(dòng)方式分為輪式、履帶式、步行、蛇形、爬行機(jī)器人；從作業(yè)空間分為陸地、水下、空間機(jī)器人；從功能和用途可分為醫(yī)療、軍用、助殘、清潔機(jī)器人等。無論哪種機(jī)器人，通常都可以認(rèn)為由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)三大最基本的部分組成。6.2.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在移動(dòng)機(jī)器人中的作用相當(dāng)于人體的肌肉和骨骼，如果把連桿以及關(guān)節(jié)想象為機(jī)器人的骨骼，那么驅(qū)動(dòng)器就起肌肉的作用，它們共同構(gòu)成了機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第4頁/共47頁6.2.2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成固定的運(yùn)動(dòng)和功能。移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，它的任務(wù)就是根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人所要完成的功能，結(jié)合移動(dòng)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式，完成機(jī)器人的既定任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)是移動(dòng)機(jī)器人的大腦，它的優(yōu)劣決定了機(jī)器人的智能水平、工作柔性及靈巧性，也決定了移動(dòng)機(jī)器人使用的方便程度和系統(tǒng)的開放性。移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由機(jī)器人所要達(dá)到的功能、機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)和機(jī)器人的控制方式來決定的。第5頁/共47頁從機(jī)器人控制算法的處理方式來看，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖第6頁/共47頁控制系統(tǒng)硬件組成第7頁/共47頁6.2.3傳感系統(tǒng)傳感器處于連接外界環(huán)境與機(jī)器人的接口位置，是機(jī)器人獲取信息的窗口。移動(dòng)機(jī)器人傳感器主要包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器。檢測機(jī)器人本身狀態(tài)（手臂間角度等)是內(nèi)部傳感器；檢測機(jī)器人所處環(huán)境(是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等)及狀況（抓取的物體滑落等)的是外部傳感器。而外部傳感器進(jìn)一步又可分為路徑引導(dǎo)傳感器、環(huán)境傳感器、認(rèn)知方向傳感器和末端執(zhí)行器傳感器。與工業(yè)機(jī)器人所不同的是，工業(yè)機(jī)器人大多數(shù)僅采用內(nèi)部傳感器，用于對機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、位置及姿態(tài)進(jìn)行精確控制。而移動(dòng)機(jī)器人因其任務(wù)不同，除采用內(nèi)部傳感器對自身的姿態(tài)進(jìn)行控制外，還需采用大量的外部傳感器獲得自身的定位及外部環(huán)境的適應(yīng)能力。第8頁/共47頁6.3輪式移動(dòng)機(jī)器人6.3.1車輪形式輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)重點(diǎn)聚焦在其車輪上，通過車輪的滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其工作的任務(wù)，達(dá)到其“移動(dòng)”的目的。該類機(jī)器人車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面性質(zhì)和車輛的承載能力。傳統(tǒng)的車輪形狀球輪、充氣球輪和錐形輪超輕金屬線編織輪、半球形輪第9頁/共47頁傳統(tǒng)的車輪形狀比較適合于平坦的堅(jiān)硬路面。充氣球輪比實(shí)心車輪彈性好，能吸收因路面不平而引起的沖擊和振動(dòng)。此外充氣球輪與地面的接觸面積較大，特別適合于沙丘地形。超輕金屬線編織輪、半球形輪這兩種輪是為火星表面移動(dòng)車輛開發(fā)而研制出來的，其中超輕金屬線編織輪主要用來減輕移動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量，減少升空時(shí)的發(fā)射功耗和運(yùn)行功耗。移動(dòng)機(jī)器人車輪形式設(shè)計(jì)要考慮到的一個(gè)重要部分是全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在保持機(jī)體方位不變的前提下沿平面上任意方向移動(dòng)。更進(jìn)一步的，有些全方位車輪機(jī)構(gòu)除具備全方位移動(dòng)能力外，還可以像普通車輛那樣改變機(jī)體方位。由于這種機(jī)構(gòu)的靈活操控性能，所以特別適合于窄小空間（通道）中的移動(dòng)作業(yè)。第10頁/共47頁1-蝸輪桿副

2-錐齒輪副

3-車輪

4-蝸輪桿副

5-齒輪副

6-車輪支架全輪偏轉(zhuǎn)式全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)在全輪偏轉(zhuǎn)式全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)中，行走電動(dòng)機(jī)Ｍ1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過蝸輪桿副１和錐齒輪副２帶動(dòng)車輪３轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)Ｍ1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過另一對蝸輪桿副４、齒輪副５帶動(dòng)車輪支架６適當(dāng)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)各車輪采取不同的偏轉(zhuǎn)組合，并配以相應(yīng)的車輪速度后，便能夠?qū)崿F(xiàn)前輪操舵、４輪操舵、全方位方式和原地回轉(zhuǎn)等轉(zhuǎn)動(dòng)方式。第11頁/共47頁一種典型的能實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)的車輪形式稱為麥卡納姆輪，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。麥卡納姆輪是一種全方位四輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種車輪由兩部分組成，即主動(dòng)的輪轂和沿輪轂外緣按一定方向均勻分布著的多個(gè)從動(dòng)輪子。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪心相對于地面的速度是輪轂速度與輥?zhàn)訚L動(dòng)速的合成，兩個(gè)夾角間有一個(gè)偏離角。由于每個(gè)車輪均有這個(gè)特點(diǎn)，經(jīng)適當(dāng)組合后就可以實(shí)現(xiàn)車體的全方位移動(dòng)和原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。第12頁/共47頁6.3.2車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、2輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)１輪式和２輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題。3輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)是車輪型機(jī)器人的基本移動(dòng)機(jī)構(gòu)。3輪車型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)第13頁/共47頁圖(a)是后輪用2輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前輪用小腳輪構(gòu)成的輔助輪組合而成。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)組成簡單，而且旋轉(zhuǎn)半徑可從D到無限大，任意設(shè)定。但是它的旋轉(zhuǎn)中心是在連接兩驅(qū)動(dòng)軸的直線上，所以旋轉(zhuǎn)半徑即使是0，旋轉(zhuǎn)中心也與車體的中心不一致。圖(b)中前輪由操舵機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)合并而成。與圖(a)相比，操舵和驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器都集中在前輪部分，所以機(jī)構(gòu)復(fù)雜。在這種場合，旋轉(zhuǎn)半徑可以從零到無限大連續(xù)變化。圖(c)是為避免圖(b)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，通過差動(dòng)齒輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式。近來不再用差動(dòng)齒輪，而采用左右輪分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方法。第14頁/共47頁4輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)4輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，基本上與3輪車相同。圖

(a)是兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前后帶有輔助輪的方式。圖

(b)是所謂汽車方式，適合于高速行走，但用于低速的運(yùn)輸搬運(yùn)時(shí)，由于費(fèi)用不合算，所以小型機(jī)器人不大采用。4輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)第15頁/共47頁實(shí)際應(yīng)用的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)多為３輪或４輪。３輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，要解決的主要問題是移動(dòng)方向和速度的控制，代表性車輪配置方式是一個(gè)前輪，兩個(gè)后輪。兩個(gè)后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前輪僅起支承作用?？亢髢奢喌霓D(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。也有采用前輪驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的方式，或后輪差動(dòng)急速器驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的方式。對于兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)速大小相等方向相反時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)整車靈活的零半徑回轉(zhuǎn)。但是如果要沿比較長的直線移動(dòng)時(shí)，因兩驅(qū)動(dòng)輪的直徑查和轉(zhuǎn)速誤差會影響到前輪的偏轉(zhuǎn)，這時(shí)候采用前輪轉(zhuǎn)向方式更合適。至于４輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的應(yīng)用則更為廣泛。因?yàn)椋摧啓C(jī)構(gòu)可采用不同的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。第16頁/共47頁全方位移動(dòng)車過去的車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上是2自由度的，因此不可能簡單地實(shí)現(xiàn)任意的定位和定向。機(jī)器人的定位，用4輪構(gòu)成的車可通過控制各輪的轉(zhuǎn)向角來實(shí)現(xiàn)。自由度多，能簡單設(shè)定機(jī)器人所需位置及方向的移動(dòng)車稱為全方位移動(dòng)車。下圖是表示全方位移動(dòng)車移動(dòng)方式的各車輪的轉(zhuǎn)向角。全方位移動(dòng)車的移動(dòng)方式第17頁/共47頁6.3.3三輪移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析車輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)（速度）分析是指在已知車輪的驅(qū)動(dòng)速度條件下，確定本體的移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)角速度。對于三輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，目前主要有兩種簡化驅(qū)動(dòng)方式：一是前輪為驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)起到方向輪的作用，后面的兩個(gè)車輪為從動(dòng)輪。此種驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)彎半徑可以從零到無窮大連續(xù)變化。二是前輪為方向輪，兩個(gè)后輪為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)輪。此種驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)彎半徑可以從零到無窮大連續(xù)變化。第18頁/共47頁三輪移動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。圖(a)為第一種驅(qū)動(dòng)方式的簡化示意圖，圖(b)為第二種驅(qū)動(dòng)方式的簡化示意圖。第19頁/共47頁記移動(dòng)機(jī)器人的方向輪相對于車體縱軸的旋轉(zhuǎn)角度為φ；移動(dòng)機(jī)器人的車體縱軸與x軸的夾角為θ。第一種驅(qū)動(dòng)方式：方向輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)的瞬時(shí)圓心位于兩后輪軸心的連線上，設(shè)此時(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑為r。車體的速度：前輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)的瞬時(shí)半徑為：第20頁/共47頁得到車體運(yùn)動(dòng)方程為：第二種驅(qū)動(dòng)方式：方向輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)的瞬時(shí)圓心也是位于兩后輪軸心的連線上，設(shè)此時(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑為r，w為車體的轉(zhuǎn)彎角速度。第21頁/共47頁車體的速度為：前輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑為：車體運(yùn)動(dòng)方程：第22頁/共47頁6.3.4輪式排爆機(jī)器人目前有代表性的輪式排爆機(jī)器人主要有ABP公司的以下三種：野牛中型排爆機(jī)器人土撥鼠排爆機(jī)器人第23頁/共47頁獨(dú)眼龍排爆機(jī)器人此外，輪式排爆機(jī)器人還有法國DMDevelopment公式研制的RM35型爆炸物處理機(jī)器人，如圖(a)；加拿大Pedsco公司研制的MURV-100小型排爆機(jī)器人，如圖(b)。加拿大Pedsco公司研制的RMI-10中型排爆機(jī)器人，如圖(c)。第24頁/共47頁6.4履帶式移動(dòng)機(jī)器人履帶式機(jī)構(gòu)稱為無限軌道方式，履帶式移動(dòng)機(jī)器人是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，其最大特征是將圓環(huán)狀的無限軌道履帶(crawlerbefit)卷繞在多個(gè)車輪上，使車輪不直接與路面接觸。適合在未加工的天然路面上行走。TEODOR型履帶式移動(dòng)機(jī)器人第25頁/共47頁履帶式移動(dòng)機(jī)器人與輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比具有如下特點(diǎn)：支承面積大，接地比壓小，路面保持力強(qiáng)，適合于松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，通過性能較好，能登上較高的臺階；越野機(jī)動(dòng)性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。重心低，較穩(wěn)定，并且能夠原地旋轉(zhuǎn)；履帶支承面上有履齒、不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振性能差，零件易損壞。第26頁/共47頁6.4.1車體結(jié)構(gòu)1履帶機(jī)構(gòu)的形狀驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪的結(jié)構(gòu)如圖(a)所示，它可以增大支承面面積，改善穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪不作支承輪的結(jié)構(gòu)如圖(b)所示，將驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪只微量抬高，而不作為支承輪。好處是適合于穿越障礙。第27頁/共47頁2支承輪履帶式移動(dòng)機(jī)器人的重力主要通過支承輪壓于履帶板的軌道傳遞到地面上，根據(jù)履帶支承輪傳遞壓力的情況，可分為多支點(diǎn)式和少支點(diǎn)式。多支點(diǎn)式一般具有5~9個(gè)支承輪，相鄰兩支承輪之間的距離小于履帶節(jié)距的1.5倍。履帶在支承輪之間不能彎曲，因而接地比壓近于均勻分布。多支承式的支承輪數(shù)目多，直徑較小，通常固定支承于履帶梁上。少支點(diǎn)式的支承輪數(shù)目少而直徑大，運(yùn)行阻力較小，但履帶在支承輪之間的履帶板數(shù)目大，可以有很大的彎曲，在支承輪下方的履帶板受壓很大，而其它履帶板受壓則較小。這樣的裝置適合于在石質(zhì)土壤上工作。第28頁/共47頁(a)多支點(diǎn)式 (b)少支點(diǎn)式多支點(diǎn)式和少支點(diǎn)式的支承輪

第29頁/共47頁3拖帶板托帶板安裝于履帶上分支的下方，以減少履帶的下垂量，保持它平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，托帶板用2~3個(gè)就夠了。由于托帶板只承受履帶自重的載荷，所以它所需尺寸較小，結(jié)構(gòu)比較簡單。4履帶板每條履帶是由幾十塊履帶板和鏈軌等組成。其結(jié)構(gòu)基本上可分為四部分：履帶的下面為支承面，上面為鏈軌，中間為與驅(qū)動(dòng)鏈輪相咬合的部分，兩端為連接鉸鏈。根據(jù)履帶板的結(jié)構(gòu)不同，履帶板又可分為整體式和組合式。第30頁/共47頁整體式履帶板如圖(a)所示。這種履帶板優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，拆裝容易，重量較輕。缺點(diǎn)是由于履帶銷與銷孔之間的間隙較大，泥沙容易進(jìn)入，使銷和銷孔磨損較快，一旦損壞，履帶板只能整塊更換。整體式 (b)組合式

整體式和組合式履帶板第31頁/共47頁5驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪履帶機(jī)構(gòu)可以有前驅(qū)和后驅(qū)。履帶兩側(cè)的導(dǎo)向輪哪一個(gè)用來驅(qū)動(dòng)更為合適與履帶機(jī)構(gòu)的形狀有關(guān)。例如針對右圖的情況，以驅(qū)動(dòng)輪在后方比較有利，因?yàn)檫@時(shí)履帶的上分支受力較小，導(dǎo)向輪受力也較小，履帶承載分支處于微張緊狀態(tài)，運(yùn)行阻力較小。而前輪為驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，履帶的上分支及導(dǎo)向輪承載最大載荷，履帶承載分支部分長度處于壓縮彎折狀態(tài)，運(yùn)行阻力增大。后驅(qū)動(dòng)輪與前驅(qū)動(dòng)輪第32頁/共47頁6履帶張緊裝置履帶張緊裝置是用來調(diào)整履帶裝置的節(jié)距的。由于履帶裝置的節(jié)距時(shí)間一長就會因磨損而增大，軌鏈伸長，如不進(jìn)行調(diào)整以保持一定的張緊程度，就易發(fā)生脫軌與掉鏈等情況，因而需要裝設(shè)張緊裝置。通常導(dǎo)向輪的軸承制成可以滑移的，用絲杠調(diào)整，調(diào)整距離略大于半個(gè)履帶節(jié)距。履帶機(jī)械式張緊裝置第33頁/共47頁7履帶架履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)的承載架可以制成剛性的，也可以制成活動(dòng)的。剛性履帶架，如圖(a)所示，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)孛娌黄綍r(shí)，履帶受力極不均勻。圖(b)和圖(c)所示的履帶架可以大大改善載荷的不均勻，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。第34頁/共47頁6.4.2越障原理帶有擺臂的關(guān)節(jié)式履帶移動(dòng)機(jī)器人的整個(gè)爬越障礙過程可以分成兩個(gè)階段：第一階段，先將兩側(cè)擺臂搭在臺階上，使車體在行走機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的共同作用下，順利地爬到第二臺階，此時(shí)車體實(shí)現(xiàn)了地面、第一臺階、第二臺階的三點(diǎn)接觸。爬臺階時(shí)整車受力圖第35頁/共47頁第二階段，機(jī)器人只需要在行走機(jī)構(gòu)的作用下如同上坡一樣緩緩地向上爬。由此可以看出，只要保證行走機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至少能夠同時(shí)與兩個(gè)臺階點(diǎn)接觸，就能實(shí)現(xiàn)第二階段運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性。爬臺階時(shí)擺臂受力圖第36頁/共47頁6.4.3履帶排爆機(jī)器人法國Cybernetics公司的TEODOR排爆機(jī)器人法國Cybernetics公司的CASTOR小型排爆機(jī)器人第37頁/共47頁P(yáng)IAP公司的EXPERT中型排爆機(jī)器人TELEROB公司的TEL600型爆炸處理車TELEROB公司的POLYFIMOS3000型防爆機(jī)器人第38頁/共47頁6.5步行移動(dòng)機(jī)器人6.5.1步行機(jī)器人的特點(diǎn)及發(fā)展過程步行機(jī)器人可以認(rèn)為是一種由計(jì)算機(jī)控制的用足機(jī)構(gòu)推進(jìn)的表面移動(dòng)機(jī)械電子裝置，和傳統(tǒng)的輪式、履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比，步行機(jī)器人具有獨(dú)特的性能。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：足運(yùn)動(dòng)方式具有較好的機(jī)動(dòng)性，即具有較好的對不平地面的適應(yīng)能力。足運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的，可以在可能達(dá)到的地面上最優(yōu)地選擇支撐點(diǎn)。而輪式運(yùn)載工具必須面臨最壞地形上的幾乎所有點(diǎn)。足式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)還可以通過松軟地面（如沼澤、沙漠等）以及跨越較大的障礙（如溝、坎和臺階等）。足運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以主動(dòng)隔振，即允許機(jī)身運(yùn)動(dòng)軌跡與足運(yùn)動(dòng)軌跡解耦。盡管地面高低不平，機(jī)身運(yùn)動(dòng)仍可以做到相當(dāng)平穩(wěn)。具體來說，步行系統(tǒng)多波長小于兩倍行程的不平度沒有響應(yīng)，而對較大波長的地形變化的過濾作用決定于保持機(jī)體姿態(tài)的控制算法。足運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，而能耗較少。第39頁/共47頁步行機(jī)器人的發(fā)展最早源自于美國和日本。1968年，美國的R.Smosher（通用電氣公司）試制了一臺叫“Rig”的操縱型雙足步行機(jī)器人機(jī)械，從而揭開了仿人機(jī)器人研制的序幕。同年，日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授在日本首先展開了雙足機(jī)器人的研制工作，1969年日本研制出WAP-1(WasadaAutomaticPedipulator)平面自由度步行機(jī)，從1968年到1986年，又先后推出了WAP-3、WL-5、WL-9DR、WL-10RD、WL-12(R)等。日本東京大學(xué)的JouhouSystemKougaka實(shí)驗(yàn)室研制了H5、H6型仿人型雙足步行機(jī)器人，日本本田公司也從1986年開始陸續(xù)推出P1、P2、P3型機(jī)器人，本田公司于2000年11月20日又推出了新型雙腳步行機(jī)器人“ASIMO”，“ASIMO”與P3型機(jī)器人相比，實(shí)現(xiàn)了小型輕量化，使其更容易適應(yīng)人類的生活空間，通過提高雙腳步行技術(shù)使其更接近人類的步行方向和關(guān)節(jié)及手的動(dòng)作。日本索尼2000年11月21日推出了人形娛樂型機(jī)器人“SonyDreamRobot–3X”(SDR-3X)。其身高50cm，質(zhì)量為5kg。日本還有許多其它科研機(jī)構(gòu)和高等院校從事仿人機(jī)器人的研制和理論研究工作（如松下電工、富士通、川崎重工、日立制作所等）。第40頁/共47頁WL系列步行機(jī)器人H6機(jī)器人H7機(jī)器人HRP-2JSK機(jī)器人第41頁/共47頁P(yáng)3機(jī)器人ASIMO機(jī)器人SDR-3X機(jī)器人第42頁/共47頁6.5.2步行機(jī)器人的腿結(jié)構(gòu)步行機(jī)器人的腿在行走過程中交替地支撐機(jī)體的重量并在負(fù)重狀態(tài)下推進(jìn)機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)，因此腿結(jié)構(gòu)必須具備與整機(jī)重量相適應(yīng)的剛性和承載能力。從結(jié)構(gòu)要求來看，腿結(jié)構(gòu)還不能過于復(fù)雜，桿件太多的腿機(jī)構(gòu)形式會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)發(fā)生困難。步行機(jī)器人的腿結(jié)構(gòu)（或足）數(shù)分別為1足、2足、3足、4足、