动物运动稳定平衡性的研究

1、关于动物运动关于动物运动稳定稳定平衡平衡性的研究性的研究 -张琪张琪我对于课题的初步认知 当前，机器人已成为家喻户晓的“大明星”，它迅速发展并对整个工业生产、太空和海洋探索，以及人类生活的各方面产生越来越大的影响，在减轻人类劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。 工业机器人工业机器人海洋机器人海洋机器人 太空机器人太空机器人 在特殊用途领域，对能在复杂环境下行走的特种机器人的需求日益增加，人们要求机器人不仅能适应结构化的、已知的环境，更要能适应非结构化的，未知环境。 机器人按行走机构分类 主要分为三大类轮式履带式双足、四足及多

2、足式 轮式机器人履带式机器人 四足机器人足式机器人在地球表面，有超过50%以上的面积为崎岖不平的山丘或沼泽，不适合轮式或履带式器械在其上面行走。在这种环境下，足式机器人有着轮式和履带式机器人无法比拟的优点：足式机器人可以利用孤立的地面支撑而不是轮式机器人所需的连续地面支撑，在可能到达的地面上可以选择最优的支撑点，更能够适应不平坦的地面，因此具有更强的机动性和适应性；另外，其腿部所具有的多个自由度使其具有良好的运动灵活性，这些特点使得足式机器人在非结构化、存在不确定因素的环境中工作具有绝对的优势。因此，足式机器人成为国内外机器人领域研究的热点。课题研究目的与意义 课题研究目的高适应性高动态能力高

3、负载能力为了满足野外环境系统性应用需求四足机器人应具备:尤其是在受到自然环境对其造成各种外力扰动作用下的自主稳定平衡控制能力，这将直接决定四足机器人执行野外任务的可能性和可靠性。目前的技术状态低速静态稳定无扰动的实验室研究阶段 意义:由于四足机器人是一个冗余驱动、时变拓扑的多支链系统，其高纬度的状态变量导致计算规模十分庞大，直接对其进行整体分析较为困难。如何通过借鉴仿生学领域研究成果提出各种等效简化模型，通过合理降阶来实现对四足机器人高速动态的有效控制意义重大。国内外研究现状 四足机器人的概念最早可追溯到中国古代三国时期的“木牛流马”，而外国有据可查的记载是1893年发明的机械马。此后四足机器

4、人经历一个多世纪的发展，取得了长足的进步，按照控制方式不同可大致归纳为三个发展阶段。第一阶段人工参与的机械和液压控制阶段第二阶段电子计算机控制阶段第三阶段融合感知、规划、行动与交互的自主或与人共存各个阶段的实例简介 第一阶段： 代表成果为1968年美国通用公司Mosher等人设计开发的四足步行机“Walking Truck”。其控制方式为人工驾驶，驾驶员通过手、脚控制与之连接的液压操纵手柄，和脚踏板实现控制，这一成果被视为现代机器人 发展史上的一个重要里程碑。 Walking Truck 第二阶段： 1968年，Frank 和McGhee完成了第一台自动控制四足机器人“Phony Pony”，

5、这标志着电子计算机控制阶段的开始。 Phony Pony 进入20世纪90年代 ，由于电子计算机技术和仿生学技术的飞速发展，四足机器人也随之进入高速发展阶段，涌现了一大批具有代表性的四足仿生机器人，入日本东京工业大学团队开发的TITAN系列机器人，美国斯坦福大学等人开发的Kolt四足机器人 ，可实现较快速的溜蹄、小跑、跳跃等步态。TITAN VIIIkolt这些四足机器人已经可以通过控制算法实现各种运动步态并能够完成简单的任务。 第三阶段 伴随着传感技术的发展和提高，人们对四足机器人的功能性和自主性需求越来越来越高。研究人员更多的着眼于提高四足机器人的运动速度和自主适应性。提高出了更为智能的控

6、制算法。最具代表性的成果为在美国国防部先进研究项目局（DARPA）支持下，由Boston Dynamics 公司研制的一种能在战场上帮助士兵运输物资的四足机器人“BigDog”。 Boston Dynamics公司曾测试过BigDog，这只机器狗与真狗一般大小，它能够在战场上发挥重要作用:为士兵运送弹药、食物和其他物品。其原理是,由汽油机驱动的液压系统能够带动其有关节的四肢运动。陀螺仪和其他传感器帮助机载计算机规划每一步的运动。机器人依靠感觉来保持身体的平衡，如果有一条腿比预期更早地碰到了地面,计算机就会认为它可能踩到了岩石或是山坡,然后BigDog就会相应地调节自己的步伐。国内情况 近些年来，国内多所高等学校和科研院所都先后展开了四足机器人的相关研究。具有代表性的成果上海交通大学开发的四足机器人，哈尔滨工业大学研制的足-轮混合式式四足机器人，国防科技大学等单位研制的四足机器人。这些四足机器人大都采用功率密度一体化驱动单元，自带动力源，配备机身惯导系统、关节角度传感器、足端三维力传感器等，能实现50千克负重下竖直起蹲、单腿轮换站立、直线对角小跑、10爬坡、原地踏步等