雙腿機(jī)器人(雙腳)設(shè)計(jì)案例：SDR-4XⅡ，擬人機(jī)器人P2，WABIAN-2R255

在過(guò)去的10年中，已經(jīng)展示了各種類(lèi)型的成功的雙腿機(jī)器人。已經(jīng)證明雙腿機(jī) 器人能跑、跳和上下樓梯行走，甚至玩空中把戲，如翻筋斗。在商業(yè)部門(mén)，本田和索尼 公司在過(guò)去10年已經(jīng)做出了重大的進(jìn)展，并對(duì)雙腳機(jī)器人賦予很高的功能。兩個(gè)公 司設(shè)計(jì)了小型、有源的關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有商業(yè)伺服機(jī)聞所未聞的功率/重量性能指標(biāo)。 這些新的“智能”伺服機(jī)，不僅提供了強(qiáng)大的激勵(lì)，而且用轉(zhuǎn)矩感知和閉環(huán)控制方法提 供了適從的激勵(lì)。

索尼夢(mèng)想機(jī)器人，即SDR-4X Ⅱ模型，如圖2.15所示。這個(gè)流行的模型是1997 年開(kāi)始的研究結(jié)果，它以運(yùn)動(dòng)表演和交際娛樂(lè)(如跳舞和唱歌)為基本目的。這個(gè)具 有38個(gè)自由度的機(jī)器人，為了聲音的精細(xì)定向、基于圖像的人員識(shí)別、單板微型立體 景深圖的重構(gòu)以及有限的語(yǔ)音識(shí)別，裝有7個(gè)麥克風(fēng)。給定了流媒體和娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)的 目標(biāo)，索尼公司花費(fèi)了巨大的精力設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)的原型應(yīng)用系統(tǒng)，它能使他們的工程師 以簡(jiǎn)捷的方式編排舞蹈。要注意的是，SDR-4XI 比較小，站立58cm, 重量?jī)H6.5kg。

本田公司的擬人機(jī)器人項(xiàng)目有著值得注意的發(fā)展經(jīng)歷。但是此外，它還抓住了 激勵(lì)的非常重要的工程挑戰(zhàn)。圖2.16展示了模型 P2, 它是Z新模型 Asimo (在發(fā)明 移動(dòng)性中有超前步伐)Z直接的先驅(qū)。注意，Z新的本田 Asimo 模型仍然比 SDR- 4X I大得多，高120 cm, 重52 kg 。這可在保持不危險(xiǎn)尺寸和姿勢(shì)的同時(shí)，能在有樓 梯和臺(tái)階的人類(lèi)環(huán)境中具有實(shí)用的機(jī)動(dòng)性。也許這是展示仿生的雙腳上下樓梯的第 一個(gè)機(jī)器人。這些本田擬人系列的機(jī)器人不是專(zhuān)門(mén)為娛樂(lè)目的而設(shè)計(jì)，而是作為整 個(gè)社會(huì)的人類(lèi)幫手而設(shè)計(jì)。例如，本田公司把Asimo 的高度當(dāng)作機(jī)器人能對(duì)人類(lèi)環(huán) 境進(jìn)行管理操作(如控制燈開(kāi)關(guān))的Z小高度。

雙腳機(jī)器人一個(gè)重要的特征是它們具有類(lèi)似人的外形。它們可以被制造成和人 相近似的尺寸，這使得它們?cè)谌藱C(jī)交互的研究中成為出色的運(yùn)載工具。日本早稻田 大學(xué)制造的WABIAN-2R (圖2.17)正是作這種研究的[255]。WABIAN-2R 被設(shè)計(jì) 成能夠模仿人的運(yùn)動(dòng) ， 并甚至設(shè)計(jì)成能夠像人一樣跳舞 。

雙腳機(jī)器人只能在某些限制內(nèi)靜態(tài)地穩(wěn)定。因此，像P2 和WABIAN-2R 這樣的 機(jī)器人即使站著不動(dòng)，通常也需要連續(xù)地進(jìn)行伺服平衡校正。而且，各條腿都需要有足 夠的容量以支撐機(jī)器人全部重量。在四腿機(jī)器人情況下，平衡問(wèn)題隨各條腿上的負(fù)荷 需求而變得容易解決。雙腿機(jī)器人的 一個(gè) 出色設(shè)計(jì)是麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)的Spring Fla- mingo (圖2. 18)。這個(gè)機(jī)器人與腿激勵(lì)器相連，插入了彈簧，實(shí)現(xiàn)更有彈性的步態(tài)。通過(guò)與限制膝蓋關(guān)節(jié)角度的“膝蓋骨”相結(jié)合，F(xiàn)lamingo 實(shí)現(xiàn)了驚人的仿生運(yùn)動(dòng)。