移动机器人毕业设计(论文)外文资料翻译

南京理工大学泰州科技学院

毕业设计(论文)外文资料翻译

学院(系)： 智能制造学院

专 业： 机械电子工程

姓 名： 姜韬

学 号：

(用外文写)

外文出处： Priyaranjan Biswal

附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文

Development of quadruped walking robots

摘要

如今，移动机器人的设计、开发和运动规划探索了机器人领域的研究领域。移动机器人在空间爆炸、军事应用、工业应用等领域有着广泛的应用。因此，移动机器人的设计和开发是上述应用的关键部分。在所有的移动机器人中，四足机器人是一种腿式机器人，它比轮式和履带式机器人优越，因为它有潜力探索人类和动物等所有地形。本文综述了四足机器人的各种设计和开发方法，并对环境感知技术进行了讨论。此外，Spot是最先进、最智能的四足机器人之一。详细介绍了每种四足机器人的性能和未来的发展概况。

1.导言

近三十年来，移动机器人因其在复杂环境、空间探索、救援行动、无需人工完成任务等优点而备受关注；轮式机器人、履带式机器人和腿部机器人[1]。机器人的位置运动系统是移动设计的一个基本特征，它不仅取决于工作空间，还取决于机动性、可控性、地形条件、效率和稳定性等技术措施。每种系统都有自己的优缺点[2,3]。腿式机器人与轮式机器人技术标准的详细比较如表1所示。从表1中可以看出，腿式机器人的地面运动在过去几十年中不断发展，因为它比轮式机器人车辆更具优势。

腿部运动的优势取决于姿势、腿的数量和腿的功能。虽然轮式和履带式机器人可以在平面地形下工作，但大多数机器人无法在杂乱的地形、复杂和危险的环境中工作。这种腿部机器人有更大的潜力在不同地形的几乎所有地球表面漫游，就像人类和动物一样[4]。动物们用腿在不同的地形下快速、可靠地移动，具有出色的运动能力和灵活性。大多数情况下，它们会根据环境条件以高速和高效的方式进行装配。从稳定性和高效步态的角度来看，即使腿的数量也更适合通用[5–7]。四足机器人是与机动性和运动稳定性相关的所有腿部机器人中的最佳选择。与两条腿或六条腿相比，机器人的四条腿易于控制、设计和维护。受生物启发的跑步步态运动是研究人员较早开始的四足机器人承受高负载和机器人平衡的能力。为了实现实时速度和像牛、狗、猎豹这样的自然运动，需要开发控制系统，以及四足机器人的动态步态生成[8–10]。本文顺序如下：第二节回顾了仿生四足机器人的革命及其进展。第3节描述了四足机器人在未来的意义。本文的最后一部分总结了本文的结论，并展望了四足机器人的发展前景。

表一

2.最新技术综述

2.1世纪初的四足机器人

在20世纪初，许多科学家和研究人员致力于研究四足机器人的腿部机构。切比雪夫在1870年开发了第一个行走机构，主要是在四杆机构的基础上，将旋转运动转化为匀速平移运动，如图1所示。切比雪夫机制看起来像希腊字母Lambda；因此，连杆机构也被称为lambda机构。该设备只能在平坦的地形上动态行走，并且没有独立的腿部运动。后来，这一机制被纳入了两台机器MELWALK和DANTE[11]。

另一种被称为机械马的步行机，Raibert[12]对此进行了讨论。莱格在1893年发明了机械马。在骑手踏板的帮助下，使用不同类型的连杆和曲柄将动力传输至机器，如图2（a）所示。哈钦森[13]于1940年在英国进行了最早的专门尝试，以制造具有独立控制支腿的机车，如图2（b）所示。这是一个四条腿的模型，大约60厘米高，其八个关节由柔性电缆控制，而柔性电缆又由操作员的两只脚和手控制。后来，这一概念在20世纪60年代被通用电气公司用于摩舍/步行卡车，如图2（c）所示。20世纪中期，步行卡车[14]的开发也出现了类似的创新。步行卡车quad-ruped是由Mosher与通用电气公司（GE）合作开发的，同时是90小时的。燃气发动机控制着四足动物的能量。

2.2 20世纪中期的四足机器人

美国第一台自主四足机器人是在20世纪60年代在南加州大学建造的。它被命名为“假小马”[11]，而一些人称它为“加利福尼亚马”，如图3（a）所示。该机器人的每条腿都有两个独立的旋转关节，电动驱动，能够产生多种步态模式，如小跑、行走，包括缓慢爬行。它还能够保持静止直立的稳定步态，因为每只脚都基于倒T形或骨盆结构，从而在前平面提供稳定性。通过使用基于翻转流的电子逻辑，四足动物根据同步选择的状态图步态进行爬行和对角小跑。同样，比塞罗斯-布里公司在1969年开发了一种巨大的腿式机车“大麝香”[15]，

如图3（b）所示。这只13500吨重的大麝香犬有四个液压驱动的腿，高度160英尺，臂长310英尺。最高步行速度为每小时0.1英里，1990年被拆除。1976年，Hirose和Kato[16]为四足动物的发展带来了一个重要的里程碑，特别是受长腿蜘蛛（不包括四条腿）的启发，如图4（a）所示。类似蜘蛛的四足机器人KUMO-1重达14公斤，身高1.5米。

每条腿都有一个驱动电机和一个离合器来产生行走运动。四年后，步行前车辆（PV-II）由马开发，如图4（b）所示。它是KUMO-I的先父，它创造了世界上第一次基于传感器的运动控制爬楼梯的历史[16]。20世纪80年代初，机器人领域发生了一场新的革命，这一切都归功于雷伯特和他在麻省理工学院（MIT）的同事[12]。他制作了一个计划器和三维机器，可以像单足袋鼠一样奔跑和跳跃，如图4（c）所示。

2.3 20世纪90年代早期的四足机器人

单腿平衡和动力学专利原理不仅超越了各种腿系统，而且远远超过了任何生物腿机器人。这一原理为四足机器人的动态稳定运动控制奠定了坚实的基础。继PV-II之后，广濑的泰坦系列[16]是四足机器人发展中最杰出的成就。首先，他开发了TITAN-III四足机器人，这是PV-II更突出的形式，在PV-II中，三维受电弓机构与腿部机构结合在一起，如图5（a）所示。这是世界上第一台配备智能程序、脚趾触觉传感器和姿态传感器的攀爬机器人。TITAN-IV于1986年开发，具有一些额外的功能，比如它可以通过逐渐提高速度将爬行转变为小跑，如图5（b）所示。类似地，TITAN-V和TITAN-VI开发用于其他测试目的，如重量、机械装置、动态行走等。步行四足机器人TITAN-VII[17]主要用于协助陡坡上的施工作业，如图5（c）所示。其中，泰坦八号[18]是最受欢迎的四足机器人。它设计了一种新的绳系驱动机构，考虑到重力解耦驱动（GDA），腿长400m，重量40kg，如图6（a）所示。

类似地，TITAN-IX[19–20]用于人道主义救援任务，如图6（b）所示。TITAN-XI[21–22]的性能与TITAN-VII相同，具有额外的功能，如在陡坡上钻孔，如图6（c）所示。重达700公斤的泰坦-XI内置于2008年，带有液压执行器和车载计算机，并在Linux上运行。TITAN-XII[23]四足机器人可以通过外部计算机和微控制器精确地以1.5 m/s的速度越过障碍物，如图7（a）所示。

TITAN系列最新的四足步行机器人是TITAN XIII[24]，它是一种伸展式四足机器人，如图7（b）所示。泰坦十三号能以1.38米/秒的速度高效行走，并由电池供电。动态步行机器人Collie-I由Miura等人[25]设计和开发，如图7（c）所示。它总共有12个自由度，尺寸约为15厘米（长）13.5厘米（宽）28厘米（高）。类似地，Kimura等人开发的Collie II[26,27]，每条腿上总共有6个自由度和执行器，如图8（a）所示。这些机器人重约7.5公斤，当步幅超过0.9秒时变得不稳定。

1999年，麦吉尔大学的Buchler和Robert设计了SCOUT-I和II[28,29]，如图8（b）、（c）所示。在SCOUT-I中，每条腿只有一个驱动自由度，RC伺服电机控制臀部。在SCOUT-II中，四足机器人是重量为1.2千克的SCOUT-I的一个更大版本，在该版本中，使用工作模型模拟爬楼梯，探索动态步态。瑞典皇家理工学院于1998年开发了一种仿生四足机器人WRAP1，用于研究崎岖地形中的静态和动态运动[30]。Wrap1重约60千克，共有12个自由度，由专用的6条控制器局域网（CAN）总线控制，如图9（a）所示。

2.4 21世纪初的四足机器人

在20世纪初，Patrush，然后是Kimura等人开发的生物形态四足铁拳系列。[31–33]。在Patrush中，每条腿有三个关节，机器人的最大重量约为5.2 kg，如图9（b）所示。它可以在平面上以0.6m/s的速度行走，分别由RT-Linux和C语言控制和编写。在TEKKEN系列中，开发人员通过单一机制实现了不同的动态运动，如小跑、步行、疾驰，这是一种基于神经系统和中央模式生成器（CPG）的不变控制方法[34]，如图9（c）和图10（a）所示。德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，Germany）的一组研究人员开发了一种生物四足步行机“BISAM”[35]。每条腿分为四段，由基于滚珠丝杠执行器的旋转关节和驱动它的Faulhaber 12-DC伺服电机组成。由于将神经振荡器与基于自适应传感器的反射相耦合，BISAM的稳健性得到了增强，并且还提供了对哺乳动物和爬行动物类运动的未来研究，如图10（b）所示。

JROB-1和JROB-2是由日本教育部资助的大学间研究项目，用于智能机器人的科学研究，如图10（c）和图11（a）[36,37]所示。在JROB设计中，采用了带有电机驱动、颜色跟踪视觉、视觉板、空间板和RT Linux的TITAN-VIII。最初，JROB是在一个通用的研究平台上为实验开发的。SILO4是西班牙工业自动化研究所（CSIC）于1999年设计的四足步行机器人，如图11所示（b）[38]。设计师的主要目标是专注于运动生成、地形适应和稳定性。它总共有12个自由度，用电动装置模仿昆虫的腿。实验上，根据不同研究者的需求，开发了教育机器人；后来，创作者以书的形式提供了设计的过程。为了更好地理解四足动物的疾驰步态，在OhioState大学（OSU）和斯坦福大学（Stanford University）的共同努力下，建立了一个四足动物的名称，称为OSQ斯坦福四足动物（OSQ），如图11（c）[39]所示。它计划建造具有多条单腿和完整四足动物模拟的四足动物。单腿可以以4.15 m/s的最大速度行走。运动有序的机车四足机器人（KOLT）是OSQ的改进版本，如图12（a）所示。斯坦福高性能动态铰接结构（DASH）腿安装在KOLT的主体中[40,41]。这种改进的模型设计主要集中在长跑步态中的腿部运动，并用于估计束缚小跑和快跑步态之间的能量损失。每条腿有三个自由度，带有电磁驱动。

然后，成均馆大学机械工程学院设计了多功能壁检机器人-III（MRWALLSPECT-II），用于工业设施，并具有更好的地形适应能力，如步入式飞机，使用吸力垫爬带有凸角的墙壁，如图12（b）[42]。主动关节由三齿轮直流电机精确驱动。它有两个控制器；一个是使用奔腾III嵌入的，另一个是实时Linux（RT Linux）。

在MRWALLSPECT-III之后不久，他们在2007年开发了另一种狗型四足步行机器人，名为人工数字级自然环境（AiDAN-I），随后在2013年开发了AiDAN III，如图12（c）和图13（a）[43,44]。机器人的每个肢体都有3个自由度和一个被动关节。它有一个中央控制器和16个子控制器。每个控制器都嵌入了CAN配置，并由RT Linux操作。由韩国工业技术研究所[45]提出的四足机器人qRT（I和II），它有一个双腿两轮机器人，总自由度为12个，如图13（b）、（c）所示。机器人qRT是一个由汽油发动机驱动的前端驱动系统，带有一个在线控制的液压线性执行器。圣保罗大学电信与控制系展示了一种以爬树为灵感的机器人平台，其主要目的是环境研究，名为Kamanbare，如图14（a）[46]所示。四足爬树机器人共有16个自由度，步态模式基于变色龙家族的受控方法。它的重量约为1.3千克，由Linux操作系统控制。Maufroy等人[47]在日本研发了四足机器人“Koteshu”，该机器人得到了“优先领域科学研究补助金”的支持。“Koteshu”的设计理念与Take-I四足机器人非常相似，如图14（b）所示。机器人的有节奏运动是通过CPG实现的，CPG使用每条腿的加载/卸载来控制相位调制[48]。2010年，Wait和他的成员展示了一种气动伺服驱动四足机器人，每条腿有三个自由度，如图14（c）[49]所示。设计师采用了简单的小跑步态，其轨迹与步行步态相同。

在控制系统实验室，丰田技术研究所展示了一种名为Robocate-1的电动四足机器人，如图15（a）[50]所示。在这个机器人中，每条腿有2个自由度，总重量为6.85千克。该原型机器人成功地测试了用于快速移动的控制算法的小跑周期。Hung等人[58]在韩国高级科学技术研究所（KAIST）机械工程系开发了一种名为HuboDog的四足机器人，如图15（b）所示。机器人的总重量为42千克，尺寸为0.8米（长）0.34米（宽）0.86米（高）。每个支腿有3个主动自由度，所有关节由谐波传动减速齿轮和无刷直流电机（BLDC电机）组合驱动。

日本哈尔滨工业大学开发了一种名为MBBOT[59]的四足机器人，其中所有执行器都由外部液压泵驱动，如图15（c）所示。机器人的每条腿都有四个主动关节，一个被动棱柱弹簧安装在脚上的三分量力传感器和惯性测量单元（IMU）。身体的总重量为100千克，能够在跑步机上以0.83米/秒的速度运行。2013年，上海交通大学开发了一种四足机器人，名为“小象”，因为它的外形像庞然大物，能够在不同的地形中承载重负荷，如图16（a）[60]所示。该台车由4个串并联混合机构支腿组成，由新开发的液压执行器（Hy-Mo）驱动。中国北京理工大学介绍了一种基于液压系统的仿生四足动物原型设计，如图16（b）[61]所示。该机器人共有16个自由度，由汽油发动机驱动。该机器人可以平稳地进行向后、向前和转向运动。该机器人的总重量为120公斤，最大向前小跑速度为3公里/小时。

山东大学2010年开发的SCalf-1[62]，如图16（c）所示。该机器人共有12个自由度，一个相同的线性液压伺服缸触发所有执行器。该机器人由IC发动机驱动，可以以1.8米/秒的速度以小跑模式运行。2012年，同一研究小组推出了改进的SCalf-2[63]，并对液压动力系统、伺服控制器进行了改进，还安装了惯性测量单元、力传感器等。

2.5 现代四足机器人

Semini于2010年在意大利理工学院（IIT）高级机器人系考德威尔的监督下设计了液压四足动物（HyQ）[64,65]，如图17（a）所示。该机器人共有8个液压执行器和4个电动执行器。液压四足机器人HyQ设计用于完成跳跃、跳跃和跑步等不同任务[66]。该机器人还使用立体视觉摄像头和IMU成功地在不同的崎岖地形上导航[67,68]。该机器人由PC104实时RT-Linux控制。名为HyQ2max和HyQ2cetaur[69]的同一名研究人员介绍了两种改进版的HyQ。HyQ2-max改善了以下参数，如鲁棒性、可靠性、关节角度和输出扭矩等。在HyQ2cetaur中，HyQ2max中包含一对液压臂，共有6个自由度执行器。

2010年，赫特在苏黎世瑞士联邦理工学院设计了一只中型狗，名为Star1ETH，如图17（b）[70–72]所示。star1ETH安装了一系列高标准弹性执行器，其性能与我们的ten-don和肌肉相似，可暂时保持大量能量。该机器人与IMU结合，IMU提供关节的运动学信息。另一个多功能四足机器人是为苏黎世Star1ETH的机器人系统ANYmal设计的，如图17（c）[73]所示。它是为在具有挑战性的环境中进行特殊的商业和工业操作而设计的，例如石油和天然气平台，或利用其环境感知进行搜索和救援操作。该机器人由高精度驱动器驱动，能够实现动态跑步步态。小型ANYmal重量不超过30千克，可携带电池、光学和热像仪、微型手机、动态照明和气体检测传感器等设备。

麻省理工学院于2013年研发了一种高效四足机器人，名为MIT Cheetah[74]。研究人员实施了四项设计原则，可以减少运动中的能量损失机制。机器人使用的总功率约为973 W，运输成本（COT）为0.5，与奔跑的动物非常相似[75]。2015年，同一研究所再次开发了MIT Cheetah-2，如图18（a）[76]所示。研究人员在机器人中成功地引入了一种新算法，以稳定的方式实现了在0到4.5 m/s的速度范围内的无约束运行。机器人可以在跑步机上跑步，也可以在草地和不平的地形上以可控的方式跑步。该机器人可以以2.5米/秒的速度跳过高达400毫米的跨栏。波士顿动力公司开发了一种名为“大狗一号”的高级自主四足动物，由美国国防高级研究计划局（DARPA）资助[78]。机器人的每条腿都有四个自由度，所有液压驱动的动作都像动物的柔性元件一样，从一步到另一步吸收能量并释放能量。它能以0.8米/秒的速度小跑，踏上35°的斜面。该机器人由一台15马力的汽油发动机和一台装有实时移动操作系统quenix（QNX）的PC104奔腾处理器的车载计算机驱动。BigDog集成了50个传感器，用于运动，如关节位置、地面接触、关节力、陀螺仪、地面载荷、光探测和测距（激光雷达）以及立体视觉摄像机等。

2008年，BigDog团队推出了第二代BigDog[78]，它可以在没有操作员帮助的情况下连续行驶130米，如图18（b）所示。它能够在结冰的地形上、泥泞中行走、穿过森林、在斜坡上打滑或被人踢后恢复平衡。这种机器人的主要用途是，它像骡子一样为美国士兵工作，但由于在美国战斗中汽油发动机产生的高噪音，BigDog项目被中止。2009年12月，该机器人被进一步命名为“双腿小队支援系统”（LS3），也称为Alpha Dog，它与他的前任BigDog非常相似，如图19（a）[79-80]所示。它看起来像马的形状和大小。LS3是专门为军事用途设计的，能够在不同的地形和环境下运行。它的腿有12个关节，所有液压执行器都由燃气和柴油发动机驱动。立体视觉系统和激光雷达集成在一起，用于检测并生成路径，以便在无约束且肮脏的环境中跟随人类操作员[81]。在手动标记的数据集中，正确跟踪率的总可靠性约为98.8%。

波士顿动力公司推出了LittleDog[82]四足机器人，用于在崎岖地形上行走，如图19（b）所示。每条腿有3个自由度加上身体的X、Y、Z、滚动、俯仰和偏航，每个关节由高增益伺服电机驱动[83]。总共有22个反射球连接到身体和腿部，以检测位置和关节角度。猎豹是波士顿动力公司2011年开发的世界上速度最快的四足机器人，如图19（c）[84]所示。这种栓系机器人可以在室内实验室的高速跑步机上以超过45公里/小时的速度运行。2013年，波士顿动力公司开发了世界上最快的无缰绳四足机器人Wildcat，该机器人由DARPA资助[85]。机器人的总重量为154千克，由一台甲醇燃烧发动机驱动，该发动机驱动所有液压执行器。它可以以32公里/小时的速度运行，在户外场地上小心地保持平衡。该机器人使用多种步态模式进行运动，如小跑、疾驰和跳跃等。

波士顿动力公司开发了最新的类似狗的无缰绳四足机器人Spot，如图20所示[86]。与公司之前发布的BigDog和LS3相比，这是一种动态机器人控制的新方法。该机器人的尺寸约为1.1米0.5米0.84米（长宽小时），运行速度为5.76公里/小时。机器人的总重量为30公斤，能够承载14公斤的负载。所有接头均为电动驱动，由电池供电。该机器人具有全方位行走和小跑步态。Spot内置了一个带有同步定位和映射（SLAM）的3D视觉系统，提供深度信息，使机器人能够避开周围的障碍物。Spot的内置计算机完全致力于机器人的移动和导航。机器人由人类操作员远程控制，同时也可以自主导航和执行某些任务。该机器人采用仿生动态控制，可以轻松地爬上、下楼梯、保持平衡并适应物理干扰。Spot变成了一个脚最轻的机器人，可以使用其5自由度传感器臂在办公室、家庭和户外工作。

根据已发表论文中的可用数据，四足机器人的详细完工报告总结在表2中。

3 总结和未来方向

3.1 结构设计

为了比较之前开发的四足机器人的成就，我们注意到常用的执行器是液压和电动的。在液压和电动执行机构之间，液压执行机构具有较高的输出功率重量比，但同时，机器人的重量相对增加[87]。物理规格和尺寸在机械结构设计中起着至关重要的作用。一开始，确定机器人的确切尺寸和重量是非常繁琐的。机器人的尺寸受市场上可用性组件的影响。机器人的重量取决于驱动系统（液压或电气）和所有车载电子设备。另一方面，腿长的选择是机器人设计和开发中的一个重要参数。大多数机器人的腿长度小于机器人的大小。因为比例过大的长腿大多会相互撞击，而比例较高的身体结构需要更多的平衡，但灵活性较低。

其复杂性取决于机器人每条腿中活动关节的数量。除了Hirose的受电弓腿机器人外，每个执行器都将重量加在机器人身上。双关节结构的腿易于控制和设计，常用于四足机器人，如spot mini、littledog、ANYmal等。然而，从生物学角度来看，虎、豹、狮子和狼等脚趾动物的腿上有三关节结构，这在跑步速度和能量效率方面具有极好的优势。限制性动物在低速时使用对称步态（通常是步行和小跑），而在高速时使用不对称步态。在对称步态中，双脚具有相同的相位差，因此左脚和右脚以相等的时间间隔放下。在不对称步态中，在短间歇前立即放下后脚，在间歇后立即放下前脚。后脚应施加较小的减速冲量，然后施加较大的加速冲量[88]。这样，每条腿所做的积极和消极的工作就可以得到平衡。原则上，每条腿都像一个被动弹簧，在肌肉中储存应变能，然后以弹性线圈的形式返回。麻省理工学院猎豹机器人采用了三部分结构，实现了6米/秒的运行速度和跨越障碍物的高能效。

3.2 执行结构

机械腿运动涉及重复的动态事件，如碰撞、快速腿摆动以及与不确定地形的高作用力相互作用。为高动态腿部机器人设计执行器系统一直是机器人研究的主要挑战之一。在确定腿部结构的性质和存在的关节数量后，为每个关节选择机器人执行器是最重要的。大多数四足机器人由一个单一类型的驱动器驱动；通常，它们是电动的、液压的或气动的。每个驱动装置的装配都有其优点和缺点。根据主要功能和要求选择最合适的致动器。对于HYQ四足机器人，采用混合驱动（液压和电动）来提高其鲁棒性和效率。液压驱动四足机器人的特点，如Scalf-1。LS3和BigDog将在户外应用中产生较大的承载能力和运动能力。然而，它需要所有液压装置，这使得整个结构更加复杂。ANYmal是一种四足机器人，由特殊的柔性和精确的扭矩可控执行器驱动；该系统能够动态运行和高移动攀爬[89]。此外，大多数四足机器人都开发了用于室内应用的电动执行器，如ANYmal、Spot和Littledog。

3.3步态分析

步态是腿部运动的同步模式。这种四卢比的动物可以进行各种腿部运动，如行走、跑步、跳跃、小跑、慢跑、跳跃、步态、半跳跃、横向疾驰等。行走和跑步步态的根本区别在于，行走步态的占空比大于0.5，而跑步步态的占空比小于0.5。在步行步态中，一个阶段两只脚同时着地，但在跑步步态中，两只脚都离地。不对称步态，每对腿的占空比相同，相位差为0.5。因此，慢步、小跑、配速、步行和跑步都是对称的步态。随着大动物通过调节步幅（SL）来提高速度，而小动物则专注于步频。高跨步频率运行的机器人更稳定，但效率较低。小跑模式是最常用的实际且直接的步态。在小跑步态中，每条腿的摆动时间和支撑阶段是相同的。其中，ANYmal机器人包括自由步态模式，其中腿部序列不遵循特定模式。利用弗劳德数（f r）对四足机器人不同运动模式的动态运动进行了分析和测量。根据Alexander[90]的说法，不同体型的动物在运动中使用相同的弗劳德数，这是一个与惯性力和重力有关的无量纲数。弗劳德数的定义如下：弗劳德数

v 2

ðf rÞ¼ l =mg ¼ v =gl，其中“v”是跑步速度，“g”是重力，“l”是髋关节到地面的距离或特征长度。猎豹幼崽在飞行阶段以最高的弗劳德数f r¼1:3和每秒6.9体长实现了跑步小跑。

3.4 业绩报告

所开发的四足机器人的机械性能可以通过Binnard[91]提出的NWC（标准化工作能力）进行评估。出版的四足机器人的性能比较如图所示。21–23.NWC给出了NS（标准化速度）和PLC（有效负载容量）之间的直接比例关系。标准化的速度是最大速度和身体长度的比值，而有效载荷容量是机器人重量与有效载荷的比值。根据宾纳德的暗示，由电动执行器驱动的TITAN-XIII的NS、PLC和NWC分别为4.4%、88%和387%。类似地，SCALF-1由液压执行器操作，NS、PLC和NWC分别为1.8%、65%和117%。从图21和图22可以看出，与更高的PLC相比，TITAN-XIII和SCALF-1具有更好的归一化速度。图23显示，TITAN-XIII和SCALF-1在电动和液压四足机器人的机械性能方面分别是最有效的。

3.5 未来范围

根据回顾，很明显，过去的十年将该领域提升到了一个新的水平，同时也为基础研究和具有新机遇的课题开辟了新的研究领域。然而，波士顿动力公司的Spot、Star1ETH和SCALF-1在机器人领域创造了里程碑；未来的一些研究主题包括以下内容。

1.高水平的任务和适应不仅需要掌握对象，还需要解决现实环境中的约束。下一代机器人应该能够通过定期执行任务来获得经验。大多数机器人都是针对特定的工作或目标开发和优化的，以实现目标。这意味着需要特定的理论来支持复杂系统的“联合进化”，以解决现实世界的环境问题。

2.移动机器人的未来工作是生产一种与具有智能行为的机器人有关的认知机器人。为了开发四足动物系统的高性能，需要不同的高科技。认知机器人技术旨在通过提供在真实环境中如何应对复杂任务的行为来设计和实现移动机器人。

3.需要对轮腿混合驱动系统进行更多的研究，使其能够结合两种运动形式的优点，如在崎岖地形中移动和在平坦表面上滚动。

4.目前，以人工智能、自动驾驶、联网、协作工作、友好的人机界面、情感表达和感知为主导的新趋势正在形成。此外，这些新闻趋势也适用于不同的领域，如医疗保健、工业、商品分销和服务机器人。

5.由于机器人应用的多样性，硬件控制、软件、对故障模式的理解以及安全性、可靠性和性能仍然是一个开放的挑战。

4.结论

本文的目的是提供一个简洁的文本，在综合给定证据的同时，促进四足机器人的全局视图。该领域的主要关注领域是运动、结构设计、步态分析和执行器。这篇文章论述了最新的技术、性能和新颖的应用，并为那些想深入研究这一领域的读者提供了最新的参考书目。

经过几十年的发展，四足机器人取得了长足的进步，但与四足动物相比还有很大的差距。在上述对四足机器人的调查中，得出的结论是，与动物相似的机器之所以能为人类服务，完全是因为先进的技术和设计质量。四足机器人用于实际应用，如探矿、太空探索、消防或在无约束环境中需要导航的地方。以下几点是对四足机器人文献综述的总结。

（1）高精度的关节执行器和控制器提高了移动机器人的鲁棒性。关节执行器在考虑机器人的复杂性、成本和重量方面起着重要作用。从根本上说，这是为了确保关节执行器具有较高的扭矩输出重量比。在液压和气动驱动类型中，具有高输出功率重量比、快速响应和易于实施。

（2）众所周知，四足哺乳动物可以根据速度选择其腿部运动的同步模式（例如行走、飞奔、小跑）。四卢比机器人由于其机动性和运动稳定性，更有利于融入人工智能（AI）。

（3）目前的移动机器人系统受到视觉感知系统的限制。识别、记忆和从环境中学习等功能应集中于实现，以帮助移动机器人实现更大的自主性。

（4）人与机器人的互动可能需要以身体、社会或情感的形式进行。人-机器人的物理交互将直接帮助进行物理手工或将其用作日常协助的服务机器人。

（5）经过对腿部机器人领域长达十年的研究，麻省理工学院的猎豹、大狗和Spot是研究人员开发的中型四足机器人。几年后，“新型四足机器人”将在个人生活中为人们服务，并在家里做有用的工作。

参考文献

[1] 孟X，王S，曹Z，张L。四足机器人与环境感知综述。参加：2016年第35届中国控制大会（CCC）。IEEE；2016年，第6350-6356页。

[2] 钟烨，王若峰H，陈烨。四足机器人腿的分析与研究：综述。Int J Adv Rob Syst 2019；16(3).***8

[3] 鲁比奥·F，瓦莱罗·F，略皮斯·阿尔伯特C.移动机器人综述：概念、方法、理论框架和应用。Int J Adv Rob Syst 2019；16(2).***6

[4] 维基百科。移动机器人。可供选择：https://en.维基百科。org/wiki/Mobile robot。

[5] 庄H，高H，邓Z，丁L，刘Z。重型腿部机器人综述。Sci中国技术Sci 2014；57(2):298–314.[6] 托德党建。步行机：腿部机器人简介。斯普林格科学与商业媒体；2013

[7] Tenreiro Machado JA，Silva M.腿部机器人概述。年：国际工程数学方法研讨会。p、1-40岁。

[8] Gonçalves RS，Carvalho JCM。输电线路上使用的移动机器人的回顾和最新趋势。2013年国际广告系统；10(12):408.[9] 卡尔DC。静态稳定步行机器人设计综述。J机器人系统2003；20(11):671–86.[10] 雷伯特。腿机器人。Commun ACM 1986；29(6):499–514.[11] De Santos PG，Garcia E，Estremera J.四足运动：四足机器人控制简介。斯普林格科学与商业媒体；2007

[12] 雷伯特。有腿的机器人能保持平衡。麻省理工学院出版社；1986

[13] 哈钦森空调。机器可以行走。特许机械工程1967；11:480–4.[14] Mosher R.多功能步行卡车的测试和评估。摘自：《越野机动性研究研讨会论文集》，华盛顿特区，1968年；1968年，第359-79页。

[15] 维基百科。大麝香。可供选择：https://en.维基百科。org/wiki/Big Muskie。

[16] Hirose S，加藤K.四月）。东京工业大学四足步行机器人研究。摘自：2000年IEEE机器人与自动化国际会议论文集。p、414-9。

[17] Hirose S，Yoneda K，Tsukagoshi H.TITAN VII：在陡坡上行走和操作的四足机器人。1997年：IEEE机器人与自动化国际会议，1997年。会议记录，第一卷。IEEE；1997年，第494-500页。

[18] Arikawa K，Hirose S.四足步行机器人TITAN-VIII的开发。摘自：1996年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议记录96，IROS 96，第1卷。IEEE；1996年，第208-14页。

[19] 加藤K，广濑S.四足步行机器人的发展，TITAN-IX.刊：工业电子学会，2000年。IECON 2000。第26届IEEE年会，第一卷。IEEE；2000年，第40-45页。

[20] 加藤K，Hirose S.四足步行机器人TITAN-IX的开发——人道主义扫雷机器人的机械设计概念和应用。Adv Rob 2001；15(2):191–204.[21]Hodoshima R，Doi T，Fukuda Y，Hirose S，Okamoto T，Mori J.TITAN XI的开发：一种在斜坡上工作的四足步行机器人。在：诉讼中。2004年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议，2004年。（IROS 2004），第一卷。IEEE；2004年，第792-97页。

〔22〕多伊特，霍席希玛R，Hirose S，福田Y，冈本T，莫里耶。一种四足步行机器人在陡坡上的开发。参加：2005年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议。（IROS 2005）。IEEE；2005年，第2067-72页。

[23]小松H、绪方M、Hodoshima R、Endo G、福岛EF、广泽S.四足步行机器人TITAN XII的开发及其对大型障碍物穿越运动控制的基本考虑。Trans JSME（日语）2014；80(813).[24]北野S、博泽S、Horigome A、Endo G.泰坦-XIII：具有快速高效行走能力的四足机器人。ROBOMECH J 2016；3(1):8.[25]三浦H，岛山一世，三井市M，木村H.四足机器人的动态行走（Collie-1）。In:国际研讨会。机器人研究。麻省剑桥：麻省理工学院出版社；1985年，第317-24页。

[26]Kimura H，Shimoyama I，Miura H.四足机器人动态行走中的动力学。Adv Rob 1989；4(3):283–301.[27]Kimura H，Shimoyama I，Miura H.四足机器人动态行走中的动力学。东北大学；1998

[28]Buehler M、Battaglia R、Cocosco A、Hawker G、Sarkis J、Yamazaki K.SCOUT:一种简单的四足动物，可以行走、攀爬和奔跑。摘自：《1998年IEEE机器人与自动化国际会议论文集》，1998年，第2卷。IEEE；1998年，第1707-12页。

[29]巴塔利亚RF。SCOUT II四足机器人的设计，带有初步的爬楼梯功能；2000

[30]Ingvast J，Ridderström C，Wikander J.四条腿机器人系统WARP1及其功能。年：第二届瑞典自治系统研讨会；2002

[31]Kimura H，Fukuoka Y.利用神经系统模型在不规则地形上的四足机器人自适应动态行走。摘自：《2000年IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议论文集》，2000年。（IROS 2000），第2卷。IEEE；2000年，第979-84页。

[32]Kimura H，Fukuoka Y.使用独立四足机器人在户外环境中进行生物启发的自适应动态行走：“Tekken2”。在：诉讼中。2004年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议，2004年。（IROS 2004），第一卷。IEEE；2004年，第986-91页。

[33]Kimura H，Fukuoka Y，Katabuti H.四足动物“Tekken3和4”的机械设计和使用激光测距传感器的导航系统。国际研讨会机器人2005；36:10.[34]Fukuoka Y，Kimura H.生物形态四足“铁拳”机器人使用各种步态的动态运动：行走、小跑、自由步态和束缚。应用仿生学生物技术2009；6(1):63–71.[35]Ilg W，Albiez J，Jedele H，Berns K，Dillmann R.四足步行机BISAM的自适应周期运动控制。在：诉讼中。1999年IEEE机器人与自动化国际会议，1999年，第3卷。IEEE；1999年，第2354-9页。

[36]Kagami S、Kabasawa M、Okada K、Matsuki T、Matsumoto Y、Konno A、Inoue H

附件2：外文原文（复印件）

毕业设计外文资料翻译

计算机科学与技术毕业设计(论文)外文资料翻译

外文翻译岗位职责

毕业设计论文）

企业文化建设外文翻译