四足机器人仿生关节的研究现状详细概述

　　兼具高速度、 高机动和高适应性已成为四足机器人发展的必然趋势， 仿生关节作为重要的基础运动部件， 对四足机器人的运动学和动力学研究具有重要的作用。 从气动柔性的仿生关节、液压减震的仿生关节、 串联弹性驱动器的仿生关节和变刚度柔性的仿生关节 4 方面出发， 对四足机器人关节仿生的研究现状进行了全面综述， 并准确分析各种类型的仿生关节缺陷， 最后对四足机器人仿生关节的未来发展趋势进行概述。 随着研究的深入， 四足机器人的仿生关节必然会在生产服务、科学探索、 未来战争等多个领域中发挥广泛的应用。

　　四足机器人是目前移动机器人的研究热点， 其离散支撑方式具有非结构化环境的高适应性， 兼具轮式和履带式机器人的运动特性。 各国陆续开展了四足机器人深入研究， 例如美国波士顿动力公司相继推 出 的 BigDog、 Wild Cat、 Spot ［1］ 四 足 机 器 人。 2011 年， 我国 863 计划启动 “高性能四足仿生机器人” 主题项目［2］ ， 以期突破仿生柔顺机构、 移动感知能力、 平衡性和动态运动能力等核心技术， 使我国四足仿生机器人实现跨越式发展。仿生关节作为基础运动部件， 对四足机器人的运动学和动力学相关研究具有重要作用， 而仿生关节的设计研究也已成为影响机器人平衡性和动态运动能力的重要因素。 犬类等奔跑型动物因为腿系肌肉-筋腱的柔性特征， 在奔跑运动过程中， 不仅能够实现小腿和足尖位置鲁棒控制， 同时可以将存储奔跑过程中 35%的机械能， 用于后续运动能量循环［3］ 。进一步的生物力学研究表明［4］ ， 动物腿关节的弹性刚度是随着不同的运动方式和地形而变化的， 通过腿关节弹性刚度的调整， 可迅速实现动物位姿、 运动步幅及运动频率的调整， 成功躲避岩石或凹凸不第 43 卷 第 01 期 四足机器人仿生关节的研究现状综述 159 平的路面， 表现出优越的生物特性。受此启发， 国内外四足机器人仿生关节逐渐成为当前领域的研究热点， 故本文中从气动柔性的仿生关节、 液压减震的仿生关节、 串联弹性驱动器的仿生关节和变刚度柔性的仿生关节等 4 个方面出发， 对四足机器人关节仿生的研究现状进行全面综述， 准确分析各种类型的仿生关节缺陷， 对四足机器人仿生关节的未来发展趋势进行概述。