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西南科技大学毕业设计（论文）开题报告
学院姓名
制造科学与工程学院

专业班级学号
机械设计制造及其自动化

柔性四足步态仿生机器人的机械系统设计与功题目类应用研究题目
能仿真型
一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）（一）选题目的、意义
移动是机器人最为重要的能力之一。利用可移动的机器人系统，人类可以实现危险或复杂环境下的作业。目前陆上移动机器人采用的移动方式主要有蠕动式、轮式、履带式和足式。其中蠕动式运动速度慢，主要应用于诸如管道、废墟等狭小空间内的作业。与蠕动式机器人相比，轮式和履带式速度较快，结构简单，控制方便，运动能耗小，应用范围较广。但是地球表面的许多区域都不适合轮式或者履带式的机器人通行，如不平坦的石床和陡峭的山坡等，这些客观存在的地表特征在一定程度上限制了机器人的活动范围。反观陆地上的四足哺乳动物，它们对地球表面的复杂地形有着极强的适应能力，如山羊能够攀爬陡峭的山崖、雪撬犬能在北极的积雪中来去自如、猎豹能够从隐藏的草丛中瞬间启动并加速至极速以捕食猎物。这些哺乳动物的运动能力是目前绝大多数轮式或履带式交通工具所无法比拟的。为了增强机器人的地形适应能力，扩大人类对自然的探索领域，模仿自然界生物的足式运动特点的足式机器人一直是研究热点之一。根据足的数量，可将现有的足式机器人分为双足、四足、六足、八足甚至更多。其中，四足机器人由于具有稳定性好、环境适应与承载能力强、能实现高速移动等优点，尤其受到国内外机器人研究学者的重视对四足机器人而言，速度是评价机器人性能的重要指标之一。过低的运动速度将会限制四足机器人在未知地形探索、外星球探索、灾情险情救援以及军事等应用范围。因此，在当前的四足机器人研究中，实现机器人的高速奔跑、弹跳越障、吸能减震正在逐渐成为研究的重点。
本研究针对实际应用对仿生四足机器人的运动速度的要求，以及现有研究的不足之处，以自然界中四足哺乳动物为参照，结合四足哺乳动物的解剖及运动分析，建立具有弹性躯干关节的仿生四足机器人动力学模型，并以现实四足哺乳动物的运动特征为基础构建仿生四足机器人的运动步态，在动力学分析的基础上研究脊柱关节运动机理、特性及其与其它结构的耦合关系，研究高速疾驰的关键机理。研究成果能够为可高速奔跑具有脊柱关节的仿生四足机器人的设计与控制提供理论依据。（二）国内、外研究现状
“机器人”这个词最早出现在1920年捷克斯洛伐克剧作家卡雷洛查普茨库的作品《萨姆罗万能机器人公司R.U.R》，而最早的足式行走系统可以追溯到我国古代的“木牛流马”。在十九世纪末期，摄影师Muybridge第一次使用连续摄影的方法研究动物的行走，可以视为四足运动系统研究的开端[10]。
现代四足机器人的研究工作始于20世纪60年代。基于机械与液压控制技术，Mosher于1968年设计了人工操作的四足步行车“Walking Truck”(图1–1[11] 。

图1–1 Mosher开发的四足步行车 1–2四足机器人SCOUT-II 图1–3四足机器人Tekken 图1–4四足机器人KOLT 该四足步行系统由操作人员进行控制，可以实现行走、跨障等运动但第一台真正意义的四足步行机器人由Frank和McGhee于1977年制作，这一机器人首次使用计算机对运动进行控制，可以实现固定的运动形式[12]。在20世纪80、90年代，由于电子计算机的飞速发展，四足机器人进入了高速发展的阶段。在这一时期各国学者研制出了许多具有代表性的四足仿生机器人，如么美国MIT大学由Raibert等人开发的四足机器人[13]，法国巴黎机器人试验室开发的四足机器人RALPHY[14]，日本Shigeo Hirose实验室开发的TITAN系列机器人[1, 5, 15]，加拿大McGill大学开发的SCOUT系列机器人[6](图1–2，德国的四足机器人BISAM[16]，以及瑞典皇家技术学院开发的WARP-I等[17]。借助于有效的控制算法，这些四足机器人能够实现在不平整地面的自适应低速静态步行，例如TITAN-VIII的极限步行速度为3.24 km/h[5]。
进入21世纪后，四足机器人获得了大范围应用用，包括未知地形考察、外星球探索、灾情险情救援、军事目的等，但是过低的运动速度会极大的限制四足机器人的实际应用。因此，研究学者已不满足于机器人的低速静态步行，希望能够实现高速动态奔跑。目前最具代表性的机器人有日本电信通信大学研发的Tekken[18](图1–3，美国俄亥俄州立大学研发的四足机器人KOLT[19](图1–4，以及美国Carnegie Mellon大学与Boston Dynamics公司等联合研制的LittleDog[20]和BigDog[21]等。在这些机器人中，BigDog的性能相对最为出色，该机器人由液压驱动，平衡能力佳，可以实现25°上坡和35°下坡，其小跑（trot）速度可以达到6.48 km/h。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/bc2a025fce2f0066f53322aa.html

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