多足步行机器人.ppt

多足行走机器人 一、简介 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 。 1.1发展阶段 1.以机械和液压控制实现运动的机器人。 2.以电子计算机技术控制的机器人。 3.多功能性和自主性机器人 1.2足运动方式的优点 1.机动性 2.平稳性 3.不平地面或松软地方高速性和低功耗 二、国内外研究成果 1.1991年,上海交通大学马培荪等研制出JTUWM系列。 2.1国内成果 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。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1.7 km/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。 2.2000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。 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 1 mm/s。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。 3.2002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的研究 。 该机器人长30 mm,宽40 mm, 高20 mm,质量仅为6.3 kg, 步行速度为3 mm/s。 3.国外研究成果 1.1990年,美国卡内基-梅隆大学研制出用于外星探测的六足步行机器人AMBLER。 该机器人采用了新型的腿机构,由一个在水平面内运动的旋转杆和在垂直平面内作直线运动的伸展杆组成,两杆正交。总质量为3 180 kg,由于体积和质量太大,最终没被用于行星探测计划。 2.1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE。 用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察,其改进型DANTE-II也在实际中得到了应用,如图2所示。1994年,DANTE-II对距离安克雷奇145 km的斯伯火山进行了考察,传回了各种数据及图像。 3.1996~2000年,美国罗克威尔公司在DARPA资助下,研制自主水下步行机ALUV (Autonomous Legged Underwater Vehicle) 。 该步行机模仿螃蟹的外形,每条腿有两个自由度,具有两栖运动性能,可以隐藏在海浪下面,在水中步行,当风浪太大时,将脚埋入沙中。它的脚底装有传感器,用于探测岸边的地雷,当它遇到水雷时,自己爆炸同时引爆水雷。 4. 2000年美国伊利诺斯大学的Delcomyn和Nelson研制出六足仿生步行机器人Biobot。 采用气动人工肌肉的方式,压缩空气由步行机上部的管子传输,并由气动作动器驱动各关节,使用独特的机构来模仿肌肉的特性。与电机驱动相比,该作动器能提供更大的力和更高的速度。 5.2008年，美国科学家必威体育精装版研制的ATHLETE(全地形六足地外探测器)机器人 ATHLETE?机器人顶部可放置15吨重的月球基地装置，它可以在月球上任意移动，能够抵达任何目的地。当在水平表面上时，ATHLETE机器人的车轮可加快行进速度；当遇到复杂的地形时，其灵活的6个爪子可以应付各种地形。 6.1994年,日本电气通信大学的木村浩(Hiroshi Kimura)等研制成功四足步行机器人Patrush-II 。 该机器人用两个微处理机控制,采用直流伺服电机驱动,每个关节安装了一个光电码盘,每只脚安装了两个微开关,采用基于神经振荡子模型CPG(Central Pattern Generator)的控制策略,能够实现不规则地面的自适应动态步行,显示了生物激励控制对未知的不规则地面有自适应能力的特点。 7.2000~2003年,日本的木村浩等又研制成功四足步行机器人Tekken 。 该机器人用一台PC机系统控制,采用瑞士Maxon直流伺服电机驱动,每个关节安装了一个光电码盘,并安装了陀螺仪、倾角计和触觉传感器。采用基于神经振荡子模型的CPG控制器和反射机制构成的控制系统,其中CPG用于生成机体和四条腿的节律运动,而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能适应中等不规则表面的自适应步行。 三、发展趋势 1.