模擬人類用兩條腿走路的機器人。兩足步行機器人適於在凸凹不平或有障礙的地面行走作業，比一般移動機器人靈活性強，機動性好。1972年，日本早稻田大學研製出第一台功能較全的兩足步行機器人。美國、南斯拉夫等學者也研製出各種兩足走行機器人模型。兩足步行模型是一個變結構機構，單腳支撐為開式鏈，雙腳支撐為閉式鏈。支撐點的固定靠摩擦力來保證，質量分布和重量大小都直接影響靜態和動態的穩定性。為保證行走過程中姿態的穩定性，對行走步態應加嚴格的約束。
基本介紹
- 中文名：兩足步行機器人
- 外文名：Biped robot
- 時期：1972年
- 適於：在凸凹不平或有障礙的地面
簡介,分類,靜態步行,準動態步行,動態步行,
簡介
模擬人類用兩條腿走路的機器人。兩足步行機器人適於在凸凹不平或有障礙的地面行走作業，比一般移動機器人靈活性強，機動性好。1972年，日本早稻田大學研製出第一台功能較全的兩足步行機器人。美國、南斯拉夫等學者也研製出各種兩足走行機器人模型。兩足步行模型是一個變結構機構，單腳支撐為開式鏈，雙腳支撐為閉式鏈。支撐點的固定靠摩擦力來保證，質量分布和重量大小都直接影響靜態和動態的穩定性。為保證行走過程中姿態的穩定性，對行走步態應加嚴格的約束。圖中示出了具有11個動力關節的兩足步行模型的自由度分配。這些關節以旋轉軸的方向分為縱搖軸、橫搖軸和偏航軸。縱搖軸實現前進方向的重心移動，橫搖軸實現左右方向的重心擺動，偏航軸轉換方向。在行走過程中，通過縱搖軸的髖關節、膝關節和踝關節的協調動作，在前進方向上移動重心；通過上驅體關節使上身左傾或右傾，移動上身塔載調節重心；通過偏航軸的腰關節轉換方向。關節的驅動能源主要有氣壓、液壓和電動三種。氣壓式重量輕、安全便宜，但因空氣的可縮性，在變負載情況下，穩定性差。液壓式輸出功率大、快速性好，但需配備動力組件。例如，日本早稻田大學加藤一郎教授研製的WD-10RD,是具有12個自由度的液壓驅動機器人。電動式結構簡單、控制容易。但功率密度低、價格較高。
分類
兩足走行的行走方式有靜態步行、準動態步行和動態步行三種。
靜態步行
兩足步行機器人靠地面反力和摩擦力來支撐，繞此合力作用點力矩為零的點稱為零力矩點(ZMP)。在行走過程中，始終保持ZMP在腳的支撐面或支撐區域內。
準動態步行
把維持機器人的行走分為單腳支撐期和雙腳支撐期，在單腳支撐期採用靜態步行控制方式，將雙腳支撐期視為倒立擺，控制重心由後腳支撐面滑到前腳支撐面。
動態步行
這是一種類人型的行走方式。在行走過程中，將整個驅體視為多連桿倒立擺，控制其姿態穩定性，並巧妙利用重力、蹬腳和擺動推動重心前移，實現兩足步行。動態步行涉及機構控制和能源等難題，目前仍處於研究階段，兩足步行機器人可用於宇宙探測、排險及軍事等方面。
