DOI： 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.06.014

許勇，郭書(shū)言，魏馨梅．仿猛禽機(jī)器人穩(wěn)態(tài)棲息動(dòng)力學(xué)建模及參數(shù)優(yōu)化 ［J］．西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，46（6）： 166-175．

收稿日期：20230731

基金項(xiàng)目：

上海市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（21ZR1426000）．

作者簡(jiǎn)介：

許勇，博士，副教授，主要從事機(jī)器人學(xué)研究．

摘要：

提出了一種在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具備可靠抓握和穩(wěn)定棲息能力的仿猛禽機(jī)器人，求解了具有最小傾覆力矩的腿部最優(yōu)尺寸，獲得了滿足傾覆力矩和動(dòng)量約束的棲息成功參數(shù)域，設(shè)計(jì)了具有強(qiáng)大抓取力并通過(guò)自鎖保持可靠抓握狀態(tài)的欠驅(qū)動(dòng)抓握腿爪．上述確保穩(wěn)定棲息的動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及確?？煽孔ノ盏木赏茸Y(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)仿猛禽棲息機(jī)器人在遙感探測(cè)、搜救避險(xiǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)．

關(guān)" 鍵" 詞：

仿猛禽機(jī)器人； 穩(wěn)態(tài)棲息模型； 動(dòng)量模型； 棲息成功參數(shù)域； 欠驅(qū)動(dòng)抓握腿爪

中圖分類號(hào)：

TH112

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16739868（2024）06016610

Steady-State Perching Dynamic Modeling and

Parameter Optimization of Bionic Raptor Robot

XU Yong， GUO Shuyan， WEI Xinmei

School of Mechanical and Automotive Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China

Abstract：

A bionic raptor robot which has reliable grasping and stable perching abilities in unstructured environment is proposed in this paper．The optimal parameters of leg with minimum overturning moment were obtained．The success-perching parameter domain satisfying constraints of the overturning moment and momentums was obtained．The underactuated grasping leg/claw was designed，which had strong grasping force and can maintain reliable grasping state by self locking．The aforementioned optimized designs of dynamic parameters for ensuring stable perching，and the elaborate leg/claw structure for ensuring reliable grasping，have laid foundation for wide applications of the robot in unstructured environments such as remote sensing，search and rescue，and environmental monitoring．

Key words：

bionic raptor robot； steady-state perching model； momentum model； success-perching parameter domain； underactuated grasping leg/claw

鳥(niǎo)類能在多種復(fù)雜表面上起飛和降落．生物力學(xué)研究表明［1-4］，鳥(niǎo)類在著陸、棲息時(shí)會(huì)做出一系列的調(diào)整動(dòng)作來(lái)控制與棲息物的接觸和碰撞．近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于鳥(niǎo)類起飛、降落及棲息的上述生物力學(xué)原理，并結(jié)合欠驅(qū)動(dòng)擬人手臂設(shè)計(jì)方法［5-12］，已設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出較多構(gòu)型的仿生腿爪用于實(shí)現(xiàn)空中機(jī)器人的棲息［13-17］．

與鳥(niǎo)類相比，空中機(jī)器人目前在抓取、運(yùn)輸或棲息于復(fù)雜形狀物品方面的能力仍然有限．許多具有抓取和棲息能力的空中機(jī)器人是為小范圍的特定表面開(kāi)發(fā)的，作業(yè)的可靠性不足［18］．一些仿生鳥(niǎo)類的棲息裝置并未使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)成功的起飛和降落［13，19-21］，一些空中機(jī)器人的抓取裝置僅能抓取靜止物品［22-28］．有些空中機(jī)器人可以在不規(guī)則或圓柱形表面上接近垂直地降落［29-34］，包括擺好的一堆樹(shù)枝或單個(gè)樹(shù)枝表面［30］．此外，多數(shù)空中機(jī)器人難以在棲息后實(shí)現(xiàn)快速的姿態(tài)控制和保持平衡，而這是棲息成功的關(guān)鍵因素［1］．綜上所述，盡管已有的空中機(jī)器人已經(jīng)具有不同的空中抓取、棲息能力和特性，但它們都難以媲美鳥(niǎo)類在動(dòng)態(tài)碰撞和可靠抓取各種復(fù)雜表面時(shí)所展現(xiàn)出的超凡能力．

本文提出了受猛禽啟發(fā)的、可將瞬時(shí)碰撞能量被動(dòng)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大抓取力的欠驅(qū)動(dòng)腿爪，有望實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與樹(shù)木、山石、屋檐等結(jié)構(gòu)物的可控高速碰撞，碰撞后的平衡以及在高處或隱蔽處的可靠棲息，因而在遙感探測(cè)、搜救避險(xiǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等復(fù)雜環(huán)境中具備廣泛的應(yīng)用前景．

1" 滿足穩(wěn)態(tài)棲息條件的腿部最優(yōu)尺寸求解

本文將仿猛禽機(jī)器人的穩(wěn)態(tài)棲息條件定義為機(jī)器人（包含腿爪）的整體質(zhì)心保持在棲息物形心的正上方．如圖1所示，機(jī)器人降落到棲息物上之后，只有當(dāng)機(jī)器人質(zhì)心（假設(shè)位于上方鉸鏈處）位于棲息物的形心（深色圓的圓心）正上方時(shí)，機(jī)器人重力作用線（虛線）通過(guò)棲息物形心，因此機(jī)器人重力相對(duì)于棲息物形心的傾覆力矩才最小化為零，此時(shí)機(jī)器人不會(huì)從棲息物上滑落，能實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡和穩(wěn)定棲息．

本文提出的仿猛禽機(jī)器人穩(wěn)態(tài)棲息模型如圖2所示，猛禽腿爪關(guān)節(jié)主要包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及爪趾關(guān)節(jié)，其中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)為主動(dòng)關(guān)節(jié)，爪趾關(guān)節(jié)為被動(dòng)關(guān)節(jié)，爪部與小腿固結(jié)，無(wú)踝關(guān)節(jié)．

鳥(niǎo)類腿爪質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其軀干質(zhì)量，為減小機(jī)器人腿爪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，本文忽略仿猛禽機(jī)器人的大、小腿質(zhì)量，將機(jī)器人質(zhì)量集中于軀干質(zhì)心（即髖關(guān)節(jié)），記為m．大、小腿長(zhǎng)度分別記為L(zhǎng)1、L2，大、小腿間的夾角θbal稱為平衡角，θleg為小腿與水平面夾角，αbody為腿部繞軀干質(zhì)心的角加速度，Mperch是腿爪對(duì)棲息物（假設(shè)為圓柱體）形心的傾覆力矩．模型的慣性坐標(biāo)系原點(diǎn)位于棲息物形心．

由圖2可知腿爪繞棲息物形心的傾覆力矩為：

Mperch=mgcos θleg［（L2+0.5dperch）-L1cos （θbal-θleg）］（1）

式中： dperch為棲息物直徑．

機(jī)器人棲息時(shí)，若平衡角過(guò)小，機(jī)器人的軀干和安裝于軀干上的飛行平臺(tái)會(huì)與周圍環(huán)境產(chǎn)生干涉，影響姿態(tài)穩(wěn)定．因此，本文選擇平衡角θbal的取值范圍為85°～180°．

當(dāng)θbal取最大值180°時(shí)，大、小腿拉伸共線，此時(shí)機(jī)器人顯然處于非穩(wěn)定棲息姿態(tài)（圖1b），對(duì)應(yīng)的傾覆力矩為：

Mperch=mgcos θleg（L1+L2+0.5dperch）（2）

本文采用單變量法來(lái)研究大腿長(zhǎng)度和小腿長(zhǎng)度獨(dú)立變化時(shí)對(duì)傾覆力矩的影響．首先根據(jù)猛禽游隼（一種中等猛禽）腿部的解剖學(xué)尺寸［35］進(jìn)行等比例縮放，設(shè)定機(jī)器人大、小腿尺寸范圍為0～150 mm，根據(jù)三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真確定其他參數(shù)，如表1所示．然后利用MATLAB數(shù)值計(jì)算軟件，以 1 mm為步長(zhǎng)，逐一遍歷搜索能夠使式（1）取值為0（即Mperch=0）的大、小腿長(zhǎng)度L1、L2的參數(shù)組合，求得的結(jié)果如圖3所示．

由圖3可知，在非穩(wěn)態(tài)棲息模型中（對(duì)應(yīng)式（2）），傾覆力矩隨腿長(zhǎng)L1、L2的增大而增大，而在穩(wěn)態(tài)棲息模型中（對(duì)應(yīng)式（1）），傾覆力矩可隨腿長(zhǎng)L1、L2的變化減小至零．

抓取腿爪繞機(jī)器人軀干質(zhì)心（髖關(guān)節(jié)）的角加速度αbody與其轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系為αbody=TJ，因此角加速度αbody與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J成反比．當(dāng)腿長(zhǎng)不斷增大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（與腿長(zhǎng)成正比）太大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致腿爪的角加速度αbody過(guò)?。▓D3b），達(dá)到穩(wěn)定棲息狀態(tài)所需時(shí)間變長(zhǎng)，難以滿足設(shè)計(jì)要求．

因此，為保證機(jī)器人降落后傾覆力矩最小，同時(shí)還滿足大、小腿折疊時(shí)具有足夠大的角加速度，使機(jī)器人能夠穩(wěn)定且快速地降落棲息，本文最終取Mperch=0時(shí)的最小腿長(zhǎng)L1=0.08 m、L2=0.060 9 m作為大、小腿長(zhǎng)度的最優(yōu)值，如圖3a、3c所示．

2" 滿足傾覆力矩及動(dòng)量約束的棲息成功參數(shù)域求解

2.1" 抓取腿爪動(dòng)量建模

機(jī)器人腿爪的抓握力主要用來(lái)平衡身體對(duì)棲息物接觸表面的傾覆力矩，使機(jī)器人在棲息物上保持穩(wěn)定的棲息姿態(tài)，而傾覆力矩恰好是角動(dòng)量對(duì)時(shí)間的一階微分．腿爪和棲息物間相互作用引起的腿爪動(dòng)量變化，即為二者間碰撞力產(chǎn)生的沖量．仿猛禽機(jī)器人降落、抓握到棲息物的瞬間，需克服劇烈的線動(dòng)量與角動(dòng)量變化［36］．為確保機(jī)器人的穩(wěn)定棲息，有必要進(jìn)行角動(dòng)量及線動(dòng)量建模，并由此推導(dǎo)、求解能夠?qū)崿F(xiàn)可控碰撞、滿足穩(wěn)定棲息條件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)．

本文將能夠滿足穩(wěn)定棲息條件（傾覆力矩為零、滿足動(dòng)量約束）的動(dòng)力學(xué)參數(shù)組合的分布域集合，定義為棲息成功參數(shù)域．

如圖4所示，本文用2個(gè)點(diǎn)質(zhì)量對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)量建模．一個(gè)點(diǎn)質(zhì)量位于軀干質(zhì)心（髖關(guān)節(jié)）處，記為mbody，表示軀干質(zhì)量； 另一個(gè)點(diǎn)質(zhì)量位于大、小腿的總質(zhì)心在小腿上的投影位置，記為mleg，表示大、小腿質(zhì)量之和．HLx、PLo分別為機(jī)器人關(guān)于棲息物形心的角動(dòng)量與線動(dòng)量．動(dòng)量模型中關(guān)鍵的動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括軀干質(zhì)心速度v、軀干質(zhì)心速度角θv、小腿與水平面夾角θleg等．

對(duì)圖4b進(jìn)行角動(dòng)量建模：

HLx=-mlegvLleg，comsin （θleg-θv）-d2cos θlegsin θv+d2sin θlegcos θv-

mbodyv［L1sin （θleg-θv-θbal）-L2sin （θleg-θv）+

d2cos θlegsin θv+d2sin θlegcos θv

HLx，grav=（mleg+mbody）gsin θlegtcollapseL2cos θleg

HLx，eff=HLx+HLx，grav

（3）

式中： Lleg，com為腿部質(zhì)心在小腿上的投影至足底的距離； tcollapse為大、小腿間的夾角θbal由初始值減小至0°（大、小腿完全折疊）的時(shí)間； d為棲息物直徑．為了模擬重力的影響，本文在真實(shí)角動(dòng)量HLx的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)隨小腿與水平面夾角θleg變化而變化的重力附加角動(dòng)量HLx，grav．HLx，eff為總的角動(dòng)量．

參考猛禽和樹(shù)木棲息相關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)［37］，本文將機(jī)器人軀干初始速度為0時(shí)，垂直降落在棲息物上所獲得的角動(dòng)量作為角動(dòng)量最小值，計(jì)算可得HLxmin=1.471 5（kg·m2/s），這足以使大、小腿折疊．最大值設(shè)置為最小值的2倍，即HLxmax=2.943（kg·m2/s）．

對(duì)圖4b進(jìn)行線動(dòng)量建模：

PLo=（mleg+mbody）vcos （θleg-θv）

PLo，grav=（mleg+mbody）gsin θlegtcollapse

PLo，eff=PLo+PLo，grav

（4）

式中： PLo為機(jī)器人關(guān)于棲息物形心O的線動(dòng)量．重力也對(duì)線動(dòng)量產(chǎn)生影響，本文通過(guò)添加一個(gè)重力附加線動(dòng)量PLo，grav來(lái)模擬這種影響，該動(dòng)量等于大、小腿折疊時(shí)，機(jī)器人垂直下落所獲得的動(dòng)量．PLo，eff為總的線動(dòng)量．

參考猛禽和樹(shù)木棲息相關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)［37］，本文設(shè)置線動(dòng)量的取值范圍如下式所示．與角動(dòng)量類似，線動(dòng)量必須足夠大以便使大、小腿折疊，但又不能過(guò)大以防損壞腿爪．

PLomax=1.75（mleg+mbody）gtcollapse

PLomin=0.75（mleg+mbody）gtcollapse

（5）

2.2" 滿足傾覆力矩及動(dòng)量約束的棲息成功參數(shù)域求解

棲息成功參數(shù)域是一個(gè)能夠確保成功棲息的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和棲息特征的多維參數(shù)空間，如傾覆力矩、角動(dòng)量/線動(dòng)量、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角（θleg、θv）、軀干質(zhì)心速度、爪趾抓握力等參數(shù)．為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在棲息物上穩(wěn)定可靠地起飛、降落和姿態(tài)平衡，必須權(quán)衡和選擇合理的多維參數(shù)取值范圍．

上述動(dòng)力學(xué)參數(shù)往往是相互耦合的［4］，調(diào)整其中一個(gè)參數(shù)可能會(huì)引起其他參數(shù)發(fā)生變化，故而難以求得單個(gè)參數(shù)的全局最優(yōu)解，但有望求得一些組合參數(shù)的全局較優(yōu)解．

參照猛禽（游隼）腿爪結(jié)構(gòu)和樹(shù)木棲息相關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)［37］，本文選取軀干質(zhì)心速度的取值范圍為0～2 m/s、軀干質(zhì)心速度角的取值范圍為0°～95°、小腿與水平面夾角的取值范圍為20°～90°．其余參數(shù)根據(jù)三維運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果確定．相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)取值如表2所示．

本文基于MATLAB軟件環(huán)境，對(duì)表2中棲息動(dòng)力學(xué)參數(shù)的取值空間進(jìn)行離散化，逐一遍歷由軀干質(zhì)心速度、軀干質(zhì)心速度角、小腿與水平面夾角生成的三維參數(shù)組合（其余參數(shù)設(shè)定為常數(shù)），計(jì)算并檢測(cè)每一參數(shù)組合求得的傾覆力矩、角動(dòng)量和線動(dòng)量是否滿足穩(wěn)定棲息條件約束，最后將滿足約束條件的組合分布空間繪制成棲息成功參數(shù)域．圖5顯示了能夠?qū)崿F(xiàn)成功棲息的v、θv、θleg參數(shù)組合．

3" 腿爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

根據(jù)鳥(niǎo)類著陸的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，本文設(shè)計(jì)了一種能在復(fù)雜表面上穩(wěn)定起飛、降落、棲息的腿爪，它可以幫助仿猛禽機(jī)器人可靠鎖定與它接觸的棲息物，使機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，而不會(huì)在飛行中耗盡電量．本文提出的仿猛禽機(jī)器人的腿部及爪趾尺寸均參照游隼體型進(jìn)行等比例設(shè)計(jì)．

如圖6所示，本文借鑒游隼后肢的解剖結(jié)構(gòu)和抓握機(jī)理，為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一對(duì)完全相同的抓握腿爪，每條腿爪包括軀干、大腿、小腿、爪趾部件，以及髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、爪趾關(guān)節(jié)．僅在髖關(guān)節(jié)處設(shè)置1個(gè)抓握驅(qū)動(dòng)電機(jī)和1個(gè)調(diào)姿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中抓握電機(jī)驅(qū)動(dòng)爪趾開(kāi)合、產(chǎn)生抓握力，調(diào)姿電機(jī)調(diào)節(jié)腿爪位姿、維持機(jī)器人的姿態(tài)平衡．

決定棲息成功參數(shù)域范圍的關(guān)鍵本體結(jié)構(gòu)是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，包括能夠瞬間強(qiáng)力折疊腿部、瞬間閉合爪趾以準(zhǔn)備抓握棲息物的快速釋放裝置（圖7），以及通過(guò)棘輪自鎖/解鎖確保爪趾可靠抓握的回彈鎖定機(jī)構(gòu)（圖8）．

3.2" 快速釋放裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

快速釋放裝置由螺釘固定于髖關(guān)節(jié)上部的機(jī)器人軀干處，由導(dǎo)軌、滑塊、主肌腱、主彈簧、扭簧、限位塊、快速釋放肌腱等組成．滑塊在導(dǎo)軌中滑動(dòng)，限位塊用來(lái)限制或釋放滑塊運(yùn)動(dòng)．通過(guò)拉動(dòng)快速釋放肌腱，可控制限位塊的鎖定與釋放．釋放過(guò)程開(kāi)始前，滑塊前端主肌腱和主彈簧拉伸，大、小腿繃緊，膝關(guān)節(jié)不轉(zhuǎn)動(dòng)，快速釋放肌腱內(nèi)無(wú)拉力，同時(shí)扭簧為限位塊提供扭矩，將滑塊鎖定（圖7a）．

當(dāng)爪趾抓握、撞擊棲息物時(shí)，沖擊力使得腿爪膝關(guān)節(jié)彎曲，大、小腿開(kāi)始折疊，使爪趾繞其關(guān)節(jié)彎曲產(chǎn)生抓握力并瞬間包裹棲息物表面，從而將沖擊力轉(zhuǎn)化為抓握力，被動(dòng)吸收沖擊能量．隨后大、小腿的大幅度折疊導(dǎo)致環(huán)繞膝關(guān)節(jié)的快速釋放肌腱和主彈簧被持續(xù)拉伸，拉力增大至觸發(fā)值的瞬間限位塊被扳開(kāi)，高速釋放先前被鎖定的滑塊．滑塊急劇壓縮與其共線的軀干主彈簧并釋放出大量能量（圖7b），將抓握電機(jī)先前儲(chǔ)存在主彈簧中的全部能量沿著穿過(guò)腿部、爪趾的主肌腱高速釋放到爪趾，生成額外抓握力．再加上原來(lái)與棲息物撞擊獲得的能量使爪趾彎曲生成的抓握力，最終形成比驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)所能提供的更大抓握力．

3.3" 回彈鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

回彈鎖定機(jī)構(gòu)通過(guò)膝關(guān)節(jié)處的自鎖棘爪［38］來(lái)保持大、小腿折疊到位時(shí)折疊緩沖系統(tǒng)的額外抓握力，并防止回彈，確保可靠抓?。?/p>

本文設(shè)計(jì)的仿猛禽欠驅(qū)動(dòng)腿爪，采用彈簧和線纜制作仿生肌腱，電機(jī)模擬肌肉驅(qū)動(dòng)肌腱．如圖6b所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接主肌腱與副肌腱，可以驅(qū)動(dòng)爪趾張開(kāi)和閉合，控制回彈鎖定機(jī)構(gòu)的解鎖和鎖定．主肌腱一端系在抓握電機(jī)伸長(zhǎng)軸上，連接與之共線的軀干主彈簧，另一端穿過(guò)快速釋放裝置后繞過(guò)膝關(guān)節(jié)，通過(guò)小腿彈簧后分為3根系在3根爪趾的爪尖處．副肌腱一端系在抓握電機(jī)滑輪上（與主肌腱纏繞方向相反），另一端繞過(guò)軀干柱形結(jié)構(gòu)后連接在主肌腱上，連接處位于快速釋放裝置附近，負(fù)責(zé)復(fù)位快速釋放裝置．膝關(guān)節(jié)用1根彈性橡皮筋將鎖定棘爪被動(dòng)地固定在自鎖位置．

當(dāng)腿爪抓握、撞擊被抓物體時(shí)，大、小腿受沖擊力影響開(kāi)始折疊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始工作，放松回彈鎖定肌腱，此時(shí)棘爪未鎖定（圖8a）．隨著回彈鎖定肌腱的放松，棘爪在彈力繩的收縮下迅速將棘爪卡緊在大、小腿齒輪之間，與齒輪被動(dòng)地鎖定在一起（圖8b），使得大、小腿無(wú)法相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作，因而能夠保持由快速釋放裝置提供的強(qiáng)大抓握力并防止回彈，確保抓握可靠．當(dāng)需要機(jī)器人與棲息物脫離時(shí)，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，拉緊回彈鎖定肌腱解鎖膝關(guān)節(jié)的棘爪，此時(shí)大、小腿解鎖，進(jìn)而與棲息物脫離．

由上述仿猛禽欠驅(qū)動(dòng)抓握腿爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及方案可知，機(jī)器人腿爪的結(jié)構(gòu)決定了其能否高效吸收沖擊能量和可靠抓握，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器能耗少、抓取范圍廣、控制簡(jiǎn)單、抓握力大等運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能．本文提出的仿猛禽抓握腿爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于機(jī)器人穩(wěn)態(tài)棲息的實(shí)現(xiàn)和棲息成功參數(shù)域的求解具有極其重要的意義．

4" 結(jié)論

1） 提出了一種仿猛禽機(jī)器人，求解得到了滿足穩(wěn)態(tài)棲息條件，傾覆力矩最小，平衡響應(yīng)速度較快的大、小腿尺寸最優(yōu)解，獲得了滿足傾覆力矩及角動(dòng)量/線動(dòng)量約束、能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定棲息的棲息成功參數(shù)域．

2） 設(shè)計(jì)了可將瞬時(shí)碰撞能量被動(dòng)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大抓取力的快速釋放裝置和可通過(guò)棘輪、棘爪自鎖來(lái)被動(dòng)保持可靠抓握狀態(tài)的回彈鎖定機(jī)構(gòu)．

上述研究成果為仿猛禽帶腿爪機(jī)器人在遙感探測(cè)、搜救避險(xiǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的廣泛應(yīng)用奠定了重要的理論和方法基礎(chǔ)．

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