四足機(jī)器人仿生關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀詳細(xì)概述

　　兼具高速度、 高機(jī)動和高適應(yīng)性已成為四足機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢， 仿生關(guān)節(jié)作為重要的基礎(chǔ)運(yùn)動部件， 對四足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)研究具有重要的作用。 從氣動柔性的仿生關(guān)節(jié)、液壓減震的仿生關(guān)節(jié)、 串聯(lián)彈性驅(qū)動器的仿生關(guān)節(jié)和變剛度柔性的仿生關(guān)節(jié) 4 方面出發(fā)， 對四足機(jī)器人關(guān)節(jié)仿生的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面綜述， 并準(zhǔn)確分析各種類型的仿生關(guān)節(jié)缺陷， 最后對四足機(jī)器人仿生關(guān)節(jié)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行概述。 隨著研究的深入， 四足機(jī)器人的仿生關(guān)節(jié)必然會在生產(chǎn)服務(wù)、科學(xué)探索、 未來戰(zhàn)爭等多個領(lǐng)域中發(fā)揮廣泛的應(yīng)用。

　　四足機(jī)器人是目前移動機(jī)器人的研究熱點(diǎn)， 其離散支撐方式具有非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的高適應(yīng)性， 兼具輪式和履帶式機(jī)器人的運(yùn)動特性。 各國陸續(xù)開展了四足機(jī)器人深入研究， 例如美國波士頓動力公司相繼推 出 的 BigDog、 Wild Cat、 Spot ［1］ 四 足 機(jī) 器 人。 2011 年， 我國 863 計(jì)劃啟動 “高性能四足仿生機(jī)器人” 主題項(xiàng)目［2］ ， 以期突破仿生柔順機(jī)構(gòu)、 移動感知能力、 平衡性和動態(tài)運(yùn)動能力等核心技術(shù)， 使我國四足仿生機(jī)器人實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。仿生關(guān)節(jié)作為基礎(chǔ)運(yùn)動部件， 對四足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)相關(guān)研究具有重要作用， 而仿生關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)研究也已成為影響機(jī)器人平衡性和動態(tài)運(yùn)動能力的重要因素。 犬類等奔跑型動物因?yàn)橥认导∪?筋腱的柔性特征， 在奔跑運(yùn)動過程中， 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)小腿和足尖位置魯棒控制， 同時可以將存儲奔跑過程中 35%的機(jī)械能， 用于后續(xù)運(yùn)動能量循環(huán)［3］ 。進(jìn)一步的生物力學(xué)研究表明［4］ ， 動物腿關(guān)節(jié)的彈性剛度是隨著不同的運(yùn)動方式和地形而變化的， 通過腿關(guān)節(jié)彈性剛度的調(diào)整， 可迅速實(shí)現(xiàn)動物位姿、 運(yùn)動步幅及運(yùn)動頻率的調(diào)整， 成功躲避巖石或凹凸不第 43 卷 第 01 期 四足機(jī)器人仿生關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀綜述 159 平的路面， 表現(xiàn)出優(yōu)越的生物特性。受此啟發(fā)， 國內(nèi)外四足機(jī)器人仿生關(guān)節(jié)逐漸成為當(dāng)前領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)， 故本文中從氣動柔性的仿生關(guān)節(jié)、 液壓減震的仿生關(guān)節(jié)、 串聯(lián)彈性驅(qū)動器的仿生關(guān)節(jié)和變剛度柔性的仿生關(guān)節(jié)等 4 個方面出發(fā)， 對四足機(jī)器人關(guān)節(jié)仿生的研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面綜述， 準(zhǔn)確分析各種類型的仿生關(guān)節(jié)缺陷， 對四足機(jī)器人仿生關(guān)節(jié)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行概述。