[00122055]含脊柱关节四足仿生机器人关键技术研究及应用

为了研制出一种能在非结构化环境（如山地、沼泽、崎岖不平整的路面等）下稳定、快速移动的机器人,从上世纪60年代机器人专家就开始研究仿生足式机器人。足式机器人的仿生对象一般是哺乳动物,如人、猫、狗、猎豹、老虎、马等。哺乳动物使用腿进行移动,在移动过程中拥有独立的落足点,即使在非结构化环境下这些独立的落足点也能够提供很好的支撑,这使得哺乳动物对非结构化环境具有很强适应能力。所以,仿生足式机器人一直是移动机器人领域的研究热点。而仿足式机器人又分为双足、四足、六足、八足等,不同的足数仿生自不同的动物。四足机器人比双足机器人静态稳定性好,又比六足、八足机器人运动简单。所以,四足机器人是研究足式机器人的第一选择。 灵活性一直是四足机器人发展的主线,起初四足机器人的主要研究内容是静态低速移动,随后是动态移动,目前实现四足机器人的高速奔跑正逐渐成为研究的重点内容。在研究四足机器人的静态移动和动态移动期间,四足哺乳动物的躯体通常被简化为刚性结构,以方便研究主要内容,如腿部结构设计、运动步态和稳定移动的控制算法等。所以,目前大多数四足机器人的躯体都是刚性的。但是四足哺乳动物的躯体都是柔性的,尤其在猎豹高速奔跑的过程中,躯体存在着剧烈地伸展和弯曲运动,即脊柱运动。生物学家发现,脊柱运动对提高四足哺乳动物的运动性能有着重要的作用。目前从生物学角度已经证实,脊柱运动能够提高四足哺乳动物运动的速度、稳定性和能量利用效率等。受生物学家关于脊柱运动研究的启发,现在越来越多的机器人学家也开始关注四足机器人的躯体结构设计和脊柱运动。通常将拥有脊柱运动的四足机器人称为含脊柱关节四足机器人。相比于刚性躯干四足机器人,含脊柱关节四足机器人运动性能的优越性已经得到了普遍的认可。所以,含脊柱关节四足机器人是目前足式机器人研究领域中的一个极具研究价值的前沿性课题,其对促进四足机器人实现高速奔跑运动具有十分重要的意义。 本项目将对含脊柱关节仿生四足机器人的关键技术进行系统的研究。最终的目的是获得使含脊柱关节四足仿生机器人运动性能达到最优的特性曲线。希望本项目的研究成果也可以为之后进一步深入研究含脊柱关节四足机器人的运动性能和控制算法提供理论基础,同时帮助人们理解四足哺乳动物的奔跑机理,促进生物学的发展。本项目的主要研究内容是含脊柱关节四足机器人的一些关键技术以及在使用中的应用价值。