仲光耀 周振華

摘 要：當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)步入科技時(shí)代，人們對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的研究與探索也越來(lái)越深入，同時(shí)也有很多領(lǐng)域是人們無(wú)法觸及的，此時(shí)就需要有一種更加先進(jìn)的技術(shù)來(lái)代替人們完成，為此多足機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將引領(lǐng)未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向，智能微電網(wǎng)云儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)為能源互聯(lián)網(wǎng)提供了一種行之有效的解決方案。此機(jī)器人能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中靈活地完成任務(wù)，應(yīng)用于空間探測(cè)、減震救災(zāi)、軍事任務(wù)等，為此成了當(dāng)前各個(gè)學(xué)者研究的重點(diǎn)話題。文章重點(diǎn)針對(duì)多足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，在對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)探討多足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多足機(jī)器人;關(guān)鍵技術(shù);研究現(xiàn)狀

0 引言

多足機(jī)器人的原理主要來(lái)源于多足昆蟲，通過(guò)仿生學(xué)將多種技術(shù)融合在一起，形成了智能機(jī)器人。一般情況下人們所提到的多足機(jī)器人指的是四足以上的機(jī)器人，其中最常見的有四足、六足以及八足。多足機(jī)器人多應(yīng)用于空間探測(cè)、減震救災(zāi)、軍事等方面，進(jìn)而為其負(fù)載能力提出了高要求，能夠做到輔助設(shè)備的搭載，通過(guò)遠(yuǎn)程控制在無(wú)干擾的情況下完成復(fù)雜環(huán)境任務(wù)[1]。最近幾年關(guān)于多足機(jī)器人的研究越來(lái)越多，理論基礎(chǔ)越來(lái)越扎實(shí)，為多足機(jī)器人更好的應(yīng)用提供了借鑒。而此次通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，對(duì)相關(guān)研究成果進(jìn)行了收集與整理，并對(duì)多足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析[2]。

伴隨工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，兼并信息網(wǎng)絡(luò)化與資源整體化的能源電力行業(yè)技術(shù)也孕育而生，與之匹配的通信技術(shù)和控制策略也不斷進(jìn)步，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將引領(lǐng)未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展新方向，智能微電網(wǎng)云儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)為能源互聯(lián)網(wǎng)提供了一種行之有效的解決方案。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

最早的四足機(jī)器人是美國(guó)在1968年研制而成，其主要采用液壓伺服馬達(dá)系統(tǒng)，具備多種行走功能，通過(guò)人員的操縱能夠運(yùn)動(dòng)，而操作人員身上配有傳感器，能夠?qū)C(jī)器人位置進(jìn)行檢測(cè)。

2015年波士頓動(dòng)力公司研發(fā)了SPOT四足機(jī)器人，其優(yōu)點(diǎn)在于噪音小，并且設(shè)計(jì)的肘關(guān)節(jié)是可活動(dòng)的，室內(nèi)室外都可行走，甚至可以爬坡，就算受到較大沖擊力，仍可以正常行走。

2019年波士頓動(dòng)力公司推出首款四足商用機(jī)器人，主要用于遞送快遞以及測(cè)量，此機(jī)器人操作極其簡(jiǎn)單，并且具備較強(qiáng)的靈活性，同時(shí)還可將機(jī)械臂搭載于運(yùn)行平臺(tái)上，完成復(fù)雜環(huán)境下的工作。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2013年上海交通大學(xué)研發(fā)了兩款小型的六足機(jī)器人，一款可以完成野外探測(cè)，并能夠?qū)C(jī)械臂、消防龍頭搭載到運(yùn)行平臺(tái)上，既能自動(dòng)將閥門打開、關(guān)閉，又可將物資來(lái)回搬運(yùn)。另外一款越障能力較強(qiáng)，而且具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，主要運(yùn)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)[3]。

2016年浙江大學(xué)、南江機(jī)器人進(jìn)行了合作，并研制出了超強(qiáng)越障能力、復(fù)雜地形工作能力、適應(yīng)能力的四足機(jī)器人，主要用于運(yùn)輸。平坦地面運(yùn)行時(shí)，比輪式移動(dòng)機(jī)器人速度快，而且在跑跳的時(shí)候噪音很小，較強(qiáng)的負(fù)載力以及適應(yīng)能力是其優(yōu)勢(shì)[4]。

2 多足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

2.1 腿部結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

多足機(jī)器人最為關(guān)鍵的部位就是腿部的設(shè)計(jì)，主要是由腿部控制著機(jī)器人的機(jī)能，使其更加穩(wěn)定地做出動(dòng)作，以此來(lái)對(duì)整機(jī)進(jìn)行有效控制[5]。例如仿生蜘蛛機(jī)器人，其腿部的組成非常復(fù)雜，其中包含著基節(jié)、轉(zhuǎn)節(jié)、腿節(jié)、膝節(jié)等，所以多足機(jī)器人在設(shè)計(jì)腿部的時(shí)候參數(shù)是要求一致的，而且要充分考慮到腿間距離，避免出現(xiàn)相互碰撞。當(dāng)解耦控制系統(tǒng)以后，每一條腿仍然可單獨(dú)完成相應(yīng)的動(dòng)作指令，而且可將單獨(dú)動(dòng)作組合在一起完成復(fù)雜動(dòng)作。除此之外，超強(qiáng)的承載力也是極其關(guān)鍵的，能夠?yàn)檫\(yùn)行時(shí)足部做好支撐，既要滿足機(jī)體承載量，又能夠?qū)崿F(xiàn)物資承載。

2.2 整體結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

多足機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)成主要是通過(guò) Pro/E軟件完成的，此軟件基于三維技術(shù)，能將多足機(jī)器人結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)，而且操作簡(jiǎn)單，在電子產(chǎn)品領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[6]。而此次針對(duì)多足機(jī)器人整體運(yùn)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)模式的設(shè)計(jì)主要是從軀干模式、腿部結(jié)構(gòu)、模型裝配3方面來(lái)分析的，具體內(nèi)容如下：

首先是設(shè)計(jì)軀干模式。多足機(jī)器人軀干的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，不但要與腿有效地連接在一起，而且還要將機(jī)器人控制元件放入，另外還要對(duì)輔助功能相關(guān)的模塊負(fù)責(zé)，所以在軀干設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)機(jī)器人穩(wěn)定功能要求具備較高的技術(shù)。機(jī)器人的腿在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循分布均勻的原則，例如四足機(jī)器人軀干以正四邊形為主，而六足機(jī)器人軀干是以正六邊形為主，為了能夠使控制元器件的搭載更加方便，設(shè)計(jì)軀干時(shí)采用的是凹槽。

其次是設(shè)計(jì)腿部結(jié)構(gòu)模型。多足機(jī)器人運(yùn)行的關(guān)鍵就在于腿部結(jié)構(gòu)，其中不僅僅包含著根關(guān)節(jié)、基節(jié)、髖關(guān)節(jié)，而且還有腿節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及脛節(jié)，而在這6部分中，根關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)以及膝關(guān)節(jié)也就是轉(zhuǎn)動(dòng)副，主要功能是使腿部不同的節(jié)點(diǎn)能夠有效地運(yùn)動(dòng)，舵機(jī)控制著各個(gè)關(guān)節(jié)的靈活度，而根關(guān)節(jié)負(fù)責(zé)腿部的前后擺動(dòng)，髖關(guān)節(jié)負(fù)責(zé)上下擺動(dòng)，膝關(guān)節(jié)則負(fù)責(zé)伸縮擺動(dòng)。多足機(jī)器人腿部的結(jié)構(gòu)是以結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)步態(tài)、機(jī)動(dòng)理解日益加深，參數(shù)也就會(huì)隨之不斷變化。在多足機(jī)器人每一條腿上都設(shè)計(jì)了3個(gè)舵機(jī)，控制舵機(jī)進(jìn)而控制單條腿的運(yùn)動(dòng)，然后對(duì)各個(gè)腿間的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行有效的整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多足機(jī)器人能夠完成復(fù)雜的動(dòng)作。

最后是裝配模型的設(shè)計(jì)。此模型是基于組件模式，運(yùn)用約束要求組裝軀干與腿部模型。參考坐標(biāo)系是構(gòu)建整體模型的基礎(chǔ)，并且軀干結(jié)構(gòu)模型引入，進(jìn)而完成坐標(biāo)系匹配約束條件的設(shè)置，根據(jù)這些條件將其置入坐標(biāo)系，隨后將腿部結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入，以腿分布方式為依據(jù)設(shè)置相應(yīng)的約束條件，而腿部與軀干模型在進(jìn)行裝配時(shí)主要運(yùn)用的是軸間位置的匹配連線，最終設(shè)計(jì)出多足機(jī)器人整體的結(jié)構(gòu)模型。

3 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于“機(jī)器人”的研究國(guó)內(nèi)外在很早時(shí)就已經(jīng)開始了，并且機(jī)器人的應(yīng)用在國(guó)外涉及的領(lǐng)域也是非常廣泛的，由最初的機(jī)械裝置到后來(lái)的融入電子技術(shù)，再到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)、人工智能的結(jié)合。在不斷發(fā)展中，機(jī)器人綜合性能也在大幅度提高，能夠在復(fù)雜多變環(huán)境中調(diào)整不同形態(tài)，具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力。而此次針對(duì)多足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀的分析，在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，了解多足機(jī)器人發(fā)展史以及相關(guān)的成果，并且針對(duì)關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了闡述，雖然目前多足機(jī)器人研究表明研制的成果還是比較不錯(cuò)的，但是時(shí)代在發(fā)展，關(guān)于多足機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新步伐仍然不能停止，而相關(guān)的研究依然需要繼續(xù)豐富，為多足機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展提供理論借鑒。

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（編輯 王雪芬）