一、选题的目的及意义
自世界上第一台机器人诞生以来,机器人经历了示教再现、具备一定感知功能和智能化三个阶段。 目前, 机器人在工业生产中已得到广泛地应用, 这些机器人大多属于位置固定机器人,如焊接、喷漆机器人。这类机器人移动范围有限,只能在结构化环境中开展活动。随着技术的发展、各种应用的需要, 出现了移动机器人,如自动导向车、足球机器人以及各类足式机器人等。
目前,地面移动机器人的运动方式有轮式、履带式、足式、蠕动式等, 其中应用较多的有轮式、履带式和足式机器人,各自的优缺点如表一所示。轮式机器人在平坦的硬质地面上运动具有履带式和足式机器人无法比拟的优点,在目前的移动机器人中应用最多,如美国斯坦福大学的斯坦利无人驾驶汽车、用于火星表面探测的“勇气号”和“机遇号”以及大多数足球机器人等。履带式机器人最大的优点是野外作业能力强,如在阿富汗和伊拉克战场上使用的战地机器人PACKBOT,它能够在崎岖不平的地形表面行走,可以在建筑物里执行搜救任务、抛掷手榴弹等。足式机器人最大的优点是对路况要求不高,在不连续的地形条件下具有很大优势,运动灵活,适应复杂地形的能力强,但其控制和设计难度较大,相关技术还不是很成熟,目前大多处于实验室研制阶段。
由于技术等原因,目前投入实用的六足机器人较少,但是六足机器人具有很强的环境适应能力,可以在平坦硬质地、沙石地、雪地、松软地、草地等复杂地面行走,可以爬越一定角度的坡面,跨越一定宽度的障碍和沟壑,在不久的将来会在以下方面发挥重大作用:战场上的应用运输、侦察、排雷等危险及特殊环境下的作业反恐中的排雷、排爆,星球表面的探测,地震等引发的灾后搜救,核工业中放射性原料的运输、处理等狭小空间下的作业废墟、山洞的探测,管道检测、维修等人类生活的助手娱乐、服务、导盲等。总之,六足机器人具有广阔的应用场合,而目前的相关技术还不成熟,六足机器人难以发挥其特殊的作用。因此,开展六足机器人相关技术的研究具有重大的现实意义。
- 课题的研究现状
图一 BigDog大狗四足机器人 图二 日本TITAN-VIII四足机器人
移动机器人平台的发展是一个重要和相对比较活跃的科研领域。移动机器人一般包括轮式、履带式和足式机器人。相对于轮式和履带式机器人来说，足式机器人对非结构环境的适应性更强，可以几乎在陆地上的任何地方行走。一般情况下，足式机器人可分为双足、四足和六足机器人。相对于双足机器人，四足机器人具有较好的稳定性; 而相对于六足机器人来说，四足机器人具有较为简单的机构复杂度。因此，越来越多的学者投入到四足机器人领域
的研究，构造了各种不同的四足机器人实验平台。最近 20 多年，虽然在足式机器人研究领域得了较大的进展，但足式机器人的能力仍然大大落后于所仿生的生物对象，大部分仅处于实验室仿真阶段，实用性较差。为了提高机器人的实用性，使之较好的完成野外复杂环境下的测量、运输等任务。首先，机器人必须能够在无外接电缆前提下，具有充分的自治时间。其次，机器人必须具有较好的动态特性，较快的移动速度和较高的负载能力。为了提高四足机器人的动态特性和负载能力，要求机器人的关节具有较大驱动力矩和快速响应能力。现阶段，比较具有代表性的四足仿生机器人有美国波士顿动力公司的 BigDog 四足机器人（图一），韩国工业技术研究院和Rotem 公司研制的液压驱动四足机器人以及意大利技术研究院的 HyQ 电液混合驱动四足机器人，以及日本东京工业大学的四足机器人TITAN系列机器人（图二）。
图三 美国麻省理工Genghis六足机器人 图四美国Attila六足机器人
六足机器人方面1989 年，美国麻省理工学院罗德尼布鲁克斯实验室针对外太空星球的
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