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兩足步行機器人

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一種種由頭部、軀幹和2隻行走足組成的步行機器人,其特徵在於:所說的行走足由兩組平行連桿、主動連桿、扇形齒輪和驅動電機組成,上平行連桿組上端兩點鉸接在軀幹下端。下平行連桿組的下端兩點與行走足鉸接,可做出各式行走步伐。  

1 兩足步行機器人 -兩足步行機器人

 

2 兩足步行機器人 -正文

  兩足步行機器人模擬人類用兩條腿走路的機器人。兩足步行機器人適於在凸凹不平或有障礙的地面行走作業,比一般移動機器人靈活性強,機動性好。1972年,日本早稻田大學研製出第一台功能較全的兩足步行機器人。美國、南斯拉夫等學者也研製出各種兩足走行機器人模型。兩足步行模型是一個變結構機構,單腳支撐為開式鏈,雙腳支撐為閉式鏈。支撐點的固定靠摩擦力來保證,質量分佈和重量大小都直接影響靜態和動態的穩定性。為保證行走過程中姿態的穩定性,對行走步態應加嚴格的約束。圖中示出了具有11個動力關節的兩足步行模型的自由度分配。這些關節以旋轉軸的方向分為縱搖軸、橫搖軸和偏航軸。縱搖軸實現前進方向的重心移動,橫搖軸實現左右方向的重心擺動,偏航軸轉換方向。在行走過程中,通過縱搖軸的髖關節、膝關節和踝關節的協調動作,在前進方向上移動重心;通過上驅體關節使上身左傾或右傾,移動上身塔載調節重心;通過偏航軸的腰關節轉換方向。關節的驅動能源主要有氣壓、液壓和電動三種。氣壓式重量輕、安全便宜,但因空氣的可縮性,在變負載情況下,穩定性差。液壓式輸出功率大、快速性好,但需配備動力組件。例如,日本早稻田大學加藤一郎教授研製的WD-10RD,是具有12個自由度的液壓驅動機器人。電動式結構簡單、控制容易。但功率密度低、價格較高。
  兩足走行的行走方式有靜態步行、准動態步行和動態步行三種。①靜態步行:兩足步行機器人靠地面反力和摩擦力來支撐,繞此合力作用點力矩為零的點稱為零力矩點(ZMP)。在行走過程中,始終保持ZMP在腳的支撐面或支撐區域內。②准動態步行:把維持機器人的行走分為單腳支撐期和雙腳支撐期,在單腳支撐期採用靜態步行控制方式,將雙腳支撐期視為倒立擺,控制重心由後腳支撐面滑到前腳支撐面。③動態步行:這是一種類人型的行走方式。在行走過程中,將整個驅體視為多連桿倒立擺,控制其姿態穩定性,並巧妙利用重力、蹬腳和擺動推動重心前移,實現兩足步行。動態步行涉及機構控制和能源等難題,目前仍處於研究階段,兩足步行機器人可用於宇宙探測、排險及軍事等方面。

 

3 兩足步行機器人 -配圖

 

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