單腿機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)：不需要協(xié)調(diào)，難是保持平衡

腿式機(jī)器人腿的數(shù)目Z少當(dāng)然是1。有幾個理由說明，使腿的數(shù)目盡量少是有益 的。身體的質(zhì)量對行走機(jī)器是極其重要的，而1條腿使累加的腿的質(zhì)量Z小。當(dāng)機(jī) 器人有多條腿時，就要求腿之間須協(xié)調(diào)，1條腿就不需要這種協(xié)調(diào)了。也許Z重要的 是，單腿機(jī)器人使腿式運(yùn)動的基本優(yōu)點(diǎn)Z大化：在全跟蹤的場合，如輪子一樣，腿與地 面只有一個接觸點(diǎn)。單腿機(jī)器人只需要一系列的單點(diǎn)接觸，就能經(jīng)受Z粗糙的地形。 而且，取一個跑步的起點(diǎn)，跳躍機(jī)器人可動態(tài)地跨過比它的步幅大的溝隙。而多腿不 能跑的行走機(jī)器人，只限于跨過與它的跨距一樣大小的溝隙。

制造單腿機(jī)器人的主要困難是保持平衡。1條腿的機(jī)器人不僅不可能靜態(tài)行走，而且當(dāng)平穩(wěn)不可能時，靜態(tài)穩(wěn)定也不可能。機(jī)器人需要主動地自我平衡，或者改變它的重心，或者給出校正力。因此，成功的單腿機(jī)器人需要能動態(tài)地穩(wěn)定。

圖2.13表示的是Raibert 跳躍機(jī)42,2647,它是已制作的Z有名的單腿跳躍機(jī)器人 之一。這個機(jī)器人通過調(diào)節(jié)相對于身體的腿角，不斷地修正身體姿態(tài)和機(jī)器人速度。 激勵是液壓的，包括在立姿向空中跳躍期間腿的高性能縱向伸展。激勵雖然是強(qiáng)有 力的，但這些激勵器需要一個隨時連接到機(jī)器人的大型的、外裝的液壓泵。

圖2.14表示的是Z近研制開發(fā)的更高效能的結(jié)構(gòu)[83,它利用了設(shè)計(jì)良好的機(jī)械 動力學(xué)83。它不用外裝的液壓泵供給能量，而是設(shè)計(jì)了弓腿跳躍機(jī)，當(dāng)它著地時，利 用一根有效的弓形彈簧腿來獲得機(jī)器人的動能。這個彈簧返回了幾乎85%的能量， 這就意味著每次只需要添加所需能量的15%即可穩(wěn)定跳躍。這個機(jī)器人用支架沿軸 受到約束，用裝在機(jī)器人上的一組電池，已經(jīng)展示能連續(xù)跳躍20 min 。和 Raibert 跳 躍機(jī)一樣，弓腿跳躍機(jī)通過在髖關(guān)節(jié)改變相對于身體的腿角來控制速度。

Ringrose 的論文揭示了應(yīng)用于單腿跳躍機(jī)的有關(guān)機(jī)械學(xué)和控制的非常重要 的對偶性。通常，精巧的機(jī)械設(shè)計(jì)與復(fù)雜的控制電路一樣，可以執(zhí)行相同的操作。在 該機(jī)器人中，其腳的物理形狀正好是合適的曲線，因此當(dāng)機(jī)器人非完全垂直著地時， 由碰撞產(chǎn)生合適的校正力，使機(jī)器人在下次落地時垂直。該機(jī)器人是動態(tài)穩(wěn)定的，而 且是無源的。機(jī)器人與其環(huán)境之間的物理交互提供了校正，不用計(jì)算機(jī)或環(huán)路中的 任何有源控制。