1.2.3 仿生足式机器人

  人类以及一些高等哺乳动物在大自然上亿年的洗礼中，进化出了腿足这种适应性极高的运动形式。比起轮式机器人，足式机器人对非结构化地面环境有更好的适应能力，无论是四条腿的机器狗还是两条腿的仿人机器人，这种足式构型配合多传感器以及更加复杂的控制算法，能够实现更广泛地形的运动能力。

四足机器人

来自BD的Spot,Anybotics的Anymal,宇树Unitree的Go1 Pro

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• Boston Dynamics: https://www.bostondynamics.com/
• Anybotics: https://www.anybotics.com/
• Unitree: https://www.unitree.com/

四足机器人的结构组成

Anymal的结构组成

• 驱动关节：Anymal的驱动单元Anydrive采用了SEA（串联弹性驱动器）的方案。一共12个包含电机本体、减速器、SEA弹性元件以及编码器一体驱动器集成的关节驱动模组。

• 机身本体：碳纤维的机身、小腿以及铝合金大腿，承担机身载荷。

• 感知单元：足端力传感器；深度相机/激光雷达。

• 计算控制单元：机身内部的小型计算机。

四足腿部结构设计案例

Mini Cheetah

Spot

人形机器人

  人形机器人发展至今，想要完美代替人类完成工作还是比较困难的。工业机械臂从发展初期到成熟应用于工业界花了30年的时间，相比之下，复杂度远远更高的人形机器人想要走到成熟应用的一步，就需要花费更长的时间。

  相比四足机器人，人形机器人的关节驱动要求就要高得多。对机器人来说，尺寸越大，对关节驱动的要求就更高，实现同样的运动就更困难，这就是所谓的“尺寸效应”。机器人尺度扩大λ倍，质量就会扩大λ³倍，加上运动尺度本身的扩大，那么所需求的运动扭矩就是λ⁴量级的。然而就永磁体+线圈式的电机驱动器而言，尺度的扩大仅仅能够带来λ^2级别的扭矩输出。这样随着尺度的增大，驱动器的能力会越来越跟不上输出需求的能力。 这也就是为什么小型机器人往往可以获得更高的功率密度。

可参考文章：MIT Mini Cheetah的驱动与结构原理解读以及对尺寸效应的思考

  因此相比最常见的电机驱动的方案，液压的方案可能更易于驱动大尺度的人形机器人关节。比如BD的Atlas，就是液压驱动的关节方案。另外也有一些人形机器人采取了液压-电机混合驱动方式。

推荐阅读： 知乎专栏：腿足式机器人的机电系统实现，任赜宇

（学习专业工程师的经验分享，对于机器人机电系统学习来说有很高的参考价值）