仲光耀 周振華

摘 要：當今社會已經(jīng)步入科技時代，人們對各個領(lǐng)域的研究與探索也越來越深入，同時也有很多領(lǐng)域是人們無法觸及的，此時就需要有一種更加先進的技術(shù)來代替人們完成，為此多足機器人應(yīng)運而生。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將引領(lǐng)未來電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向，智能微電網(wǎng)云儲能系統(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、減震救災(zāi)、軍事任務(wù)等，為此成了當前各個學(xué)者研究的重點話題。文章重點針對多足機器人關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了綜述，在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)之上，重點探討多足機器人關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

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

0 引言

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

伴隨工業(yè)4.0時代的到來，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步，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將引領(lǐng)未來電力系統(tǒng)發(fā)展新方向，智能微電網(wǎng)云儲能系統(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

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

2015年波士頓動力公司研發(fā)了SPOT四足機器人，其優(yōu)點在于噪音小，并且設(shè)計的肘關(guān)節(jié)是可活動的，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年波士頓動力公司推出首款四足商用機器人，主要用于遞送快遞以及測量，此機器人操作極其簡單，并且具備較強的靈活性，同時還可將機械臂搭載于運行平臺上，完成復(fù)雜環(huán)境下的工作。

1.2 國內(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器人，一款可以完成野外探測，并能夠?qū)C械臂、消防龍頭搭載到運行平臺上，既能自動將閥門打開、關(guān)閉，又可將物資來回搬運。另外一款越障能力較強，而且具有較強的負載能力，主要運用于搶險救災(zāi)[3]。

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

2 多足機器人關(guān)鍵技術(shù)

2.1 腿部結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

多足機器人最為關(guān)鍵的部位就是腿部的設(shè)計，主要是由腿部控制著機器人的機能，使其更加穩(wěn)定地做出動作，以此來對整機進行有效控制[5]。例如仿生蜘蛛機器人，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，所以多足機器人在設(shè)計腿部的時候參數(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。當解耦控制系統(tǒng)以后，每一條腿仍然可單獨完成相應(yīng)的動作指令，而且可將單獨動作組合在一起完成復(fù)雜動作。除此之外，超強的承載力也是極其關(guān)鍵的，能夠為運行時足部做好支撐，既要滿足機體承載量，又能夠?qū)崿F(xiàn)物資承載。

2.2 整體結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

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

首先是設(shè)計軀干模式。多足機器人軀干的設(shè)計非常關(guān)鍵，不但要與腿有效地連接在一起，而且還要將機器人控制元件放入，另外還要對輔助功能相關(guān)的模塊負責(zé)，所以在軀干設(shè)計時對機器人穩(wěn)定功能要求具備較高的技術(shù)。機器人的腿在設(shè)計時要遵循分布均勻的原則，例如四足機器人軀干以正四邊形為主，而六足機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)計軀干時采用的是凹槽。

其次是設(shè)計腿部結(jié)構(gòu)模型。多足機器人運行的關(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)動副，主要功能是使腿部不同的節(jié)點能夠有效地運動，舵機控制著各個關(guān)節(jié)的靈活度，而根關(guān)節(jié)負責(zé)腿部的前后擺動，髖關(guān)節(jié)負責(zé)上下擺動，膝關(guān)節(jié)則負責(zé)伸縮擺動。多足機器人腿部的結(jié)構(gòu)是以結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為基礎(chǔ)，設(shè)計時對步態(tài)、機動理解日益加深，參數(shù)也就會隨之不斷變化。在多足機器人每一條腿上都設(shè)計了3個舵機，控制舵機進而控制單條腿的運動，然后對各個腿間的運動方式進行有效的整合，進而實現(xiàn)多足機器人能夠完成復(fù)雜的動作。

最后是裝配模型的設(shè)計。此模型是基于組件模式，運用約束要求組裝軀干與腿部模型。參考坐標系是構(gòu)建整體模型的基礎(chǔ)，并且軀干結(jié)構(gòu)模型引入，進而完成坐標系匹配約束條件的設(shè)置，根據(jù)這些條件將其置入坐標系，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行裝配時主要運用的是軸間位置的匹配連線，最終設(shè)計出多足機器人整體的結(jié)構(gòu)模型。

3 結(jié)語

關(guān)于“機器人”的研究國內(nèi)外在很早時就已經(jīng)開始了，并且機器人的應(yīng)用在國外涉及的領(lǐng)域也是非常廣泛的，由最初的機械裝置到后來的融入電子技術(shù)，再到現(xiàn)在的計算機、人工智能的結(jié)合。在不斷發(fā)展中，機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)，具備較強的適應(yīng)能力。而此次針對多足機器人關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀的分析，在對國內(nèi)外相關(guān)研究成果進行分析的基礎(chǔ)之上，了解多足機器人發(fā)展史以及相關(guān)的成果，并且針對關(guān)鍵性技術(shù)進行了闡述，雖然目前多足機器人研究表明研制的成果還是比較不錯的，但是時代在發(fā)展，關(guān)于多足機器人技術(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，為多足機器人創(chuàng)新發(fā)展提供理論借鑒。

[參考文獻]

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[2]白裕，冀強，高旭杰.基于TRIZ理論的六足機器人優(yōu)化設(shè)計與研究[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020（3）：32-39.

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[5]黃曉運，田學(xué)友，楊濤，等.基于STM32的智能服務(wù)型多功能多足機器人[J].中小企業(yè)管理與科技，2018（7）：143-144.

[6]王委，蔣剛，留滄海.基于SVM的多足機器人故障診斷系統(tǒng)[J].西南科技大學(xué)學(xué)報，2018（1）：86-90.

（編輯 王雪芬）