機器人行走裝置設計

『壹』 收集的幾種連桿機構：機器人行走背後的機械原理（二）

克蘭連桿機構是一個六桿機構，相對於四桿的切比雪夫機構有著更好的受力性能。其一般被用作仿生蜘蛛，擁有急回特性。

1、單個克蘭連桿

2、四腿行走機構（四個克蘭機構）

3、六腿行走機構（六個克蘭機構）

使用樂高積木搭建的Trotbot腿機構機器人

在國外網站上搜到的大型Trotbot腿機構的機器人

Make雜志網站 https://makezine.com/2017/01/12/lego-trotbot/

6腿Ghassaei行走機構

是由Jansen發明的，用於模擬平穩行走，Jansen利用這種連桿製造了著名的海灘巨獸，這種連桿兼具美學價值和技術優勢，通過簡單的旋轉輸入就可模仿生物行走運動，這種連桿已經用於行走機器人和步態分析。圖為單個Jansen 連桿機構。

2腿Jansen行走機構

4腿Jansen行走機構

6腿Jansen行走機構

瑟·嚴森（Theo Jansen）

出生於1948年，荷蘭動能藝術家。瑟·嚴森求學於代爾夫特理工大學物理系，後轉為學習繪畫。20世紀80年代因「飛行UFO項目」成名。20世紀90年代開始「海灘野獸」系列動能藝術項目，在世界各地做展。嚴森上世紀70年代畢業於荷蘭的代爾夫特理工大學物理系。那時正值「嬉皮士年代」，深受嬉皮士文化影響的嚴森開始轉行學習藝術。20世紀80年代末，他開始給一家雜志社寫專欄，每天都要嘗試用不同的眼光來看待世界，尋找看現實的新穎的角度。「海灘怪獸」最初就出現在他的筆下。他構思了這樣一個動物，一個能夠在海灘上獨立生存的簡單「生物」。對於「海灘怪獸」，嚴森最初的想法是建造一些能夠採集沙子，搭建沙丘的機器人，這樣，當海平面上升時，這些機器人就可以拯救人類不被海水淹沒。半年後，他開始利用塑料管建造這些「怪獸」。

楊森採用平凡的PVC等材料，通過精確運算，近30年，幾乎以一己之力，在荷蘭海邊反復實驗，創造出自行撲食、運動的新生命體。他的行動呈現出個體的想像力與可能性。科學的藝術性，感性與理性的均衡。引發人們重新反思對恆心，或者說對意義與生命和時間的理解。也對已有的知識和概念提供了革命性的新視角。對於生物學、宗教和藝術都拓展出新的疆域。對於如何作出生活選擇、理解自我和自然、衡量追求理想的心態等處世態度，做出了具有啟示性的貢獻。

荷蘭海灘怪獸的Jansen行走機構

這些「怪獸」的「細胞」不過是一些簡單的黃色塑料管，頂多就加上一個「腦袋」———一個塑料檸檬汁瓶子。

在它們的身體中央，往往帶有一個可轉動的「脊椎」。「脊椎」轉動能牽動每根腳趾，並引起一系列復雜運動。這其中最關鍵的就是12根決定腳趾運動方式的塑料管。不同的「怪獸」，這些塑料管的間距也不同，將這些間距標注出來，能得到11個數字。嚴森將其看成是怪獸的基因。「這些基因符號是11個數字。我將之稱為11個神聖的數字。」嚴森說。

怪獸的「腿」和「腳」如同車輪，它們也由塑料管搭建。「和普通的車輪一樣，車輪的軸停留在同一水平線上，髖關節也停在同一水平線上。」

怪獸還有各種「器官」，讓它可以躲避天敵和環境的危險。「鼻子」就是這樣一個設置。平時，怪獸都走在柔軟溫濕的海灘上，鼻子對著風的方向，當遇到海水或乾的沙子的時候，它便會立刻停下來反方向行走。海灘上最大的危險就是海水，「它們很容易被淹死」，嚴森笑說。他給「海灘怪獸」們增添了感知海水的能力，所謂的感應器也不過就是一個小瓶。連接小瓶的管道平時觸地吸入空氣，但一旦吸入水時就會排斥，發出呲呲的聲音，這就是遇到危險的警告，怪獸便會立即掉頭回去。當暴風雨來臨時，大風會驅動鼻子像打樁機一樣打樁，將整個身體都固定在沙子里，以防被風暴吹走。

神經組織類似計算機

「怪獸」的大腦是由「神經細胞」———檸檬汁小瓶組成的。這大腦雖然簡單，可運作基本原理卻和計算機一樣。計算機依靠電流的有無進行2進制的運算，對「怪獸」來說，空氣扮演了電流的角色。有風吹過時，小瓶感受到壓力，無風的時候，則沒有壓力。

依靠這個因素，「怪獸」的「大腦」也在進行著2進制的運算。嚴森說，今後這些「怪獸」還可以演化出「測時」機制，與海潮漲落同期進行。這樣，它們就可以知道什麼時候海潮會來，可以及時躲到沙丘里去。

因為可以進行2進制的計算，「怪獸」的「大腦」中還帶有一個步伐計數器，可以計算走了幾步，感知自己面對大海的方位，為自己勾畫出「世界」的形象。

嚴森說，人類對世界的認知是十分復雜的，但對於「海灘怪獸」來說，認知卻極其簡單———一側是海洋，一側是沙丘。這么一來，如此簡陋的「神經細胞」一樣可以運作良好。

在一些怪獸身上，還帶有簡單的「胃」，可以儲存風能。一旦風停了，又正好遇到漲潮，這些剩餘的風能足夠驅動怪獸逃回沙丘避難。「這些怪獸是按照基因解碼演化的族群，有優勢的基因就會復制繁衍下來。」嚴森稱，因為這些怪物的設計是按照基因演算法而來的。因此，最成功的家族成員們在今後會將基因符號延續下去。

Jansen行走機構的動能藝術

作為學科學出身的嚴森，他的頭腦中先行產生了很多關於生命思考的理論，如對稱性、繁殖、進化順序等等，這背後都有著一系列的機械原理，將其運用到藝術創作中來，就成為了一種特殊的藝術形式：「動能藝術」。嚴森已經完成了「海灘怪獸」構想中的最基本功能，如獨立行走，躲避天敵，繁衍生命，隨著演化的進行，這些怪獸越來越得以離開人的幫助，生存技巧越來越強，嚴森在主頁上寫道：「我希望有一天這些動物可以在海灘上成群生活，過自己的日子。」 

Theo Jansen發明的海灘怪獸身上最重要的部位，就是它們的「仿生腿」（Jansen 連桿機構）。在經歷過無數次對動物的行走姿態觀察，與上萬次的電腦測算之後，泰奧·楊森終於找到了一個最優的方案，讓這些軟管構架起來的怪獸腿部，可以以最高效的姿態模仿動物的腿部進行行走。這樣的「仿生腿」，最重要的是要確保最下端的足部，在行走的環節保持相當長一段時間的勻速直線。

每一隻「仿生腿」，都又是利用了基本的三角桁架結構，還有黃金比例的幾何學。

泰奧·揚森把實驗後所得的比例稱為「13個神聖數字」。而這13這個數值指的就是腳上每個關節骨架的長度，他們之間相對應的比例關系讓整體行動起來流暢自如。

Theo Jansen 的工作間

『貳』 一台移動的小型機器人有哪些結構

到目前為止，地面移動機器人的行駛機構主要分為履帶式、腿式和輪式三種。這三種行駛機構各有其特點[2]。

（1）履帶

履帶最早出現在坦克和裝甲車上，後來出現在某些地面行駛的機器人上，它具有良好的穩定性能、越障性能和較長的使用壽命，適合在崎嶇的地面上行駛，但是當地面環境惡劣時，履帶很快會被磨損甚至磨斷，沉重的履帶和繁多的驅動輪使得整體機構笨重不堪，消耗的功率也相對較大。此外，履帶式機構復雜，運動分析及自主控制設計十分困難。

（2）腿式

腿式機構具有出色的越野能力，曾經得到機器人專家的廣泛重視，取得了較大的成果。根據腿的數量分類，有三腿、四腿、五腿和六腿等各種行駛結構。這里我們簡單介紹一種典型的六腿機構。

一般六腿機構都採用變換支撐腿的方式，將整體的重心從一部分腿上轉移到另一部分腿上，從而達到行走的目的。行走原理為:靜止時，由六條腿支撐機器人整體。需要移動時，其中三條腿抬起成為自由腿(腿的端點構成三角形)，機器人的重心便以諶條支撐腿上，然後自由腿向前移動，移動的距離和方位由計算機規劃，但必須保證著地時自由腿的端點構成三角形。最後支撐腿向前移動，重心逐漸由支撐腿過渡到自由腿，這時自由腿變成支撐腿，支撐腿變成自由腿，從而完成一個行走周期。

腿式機器人特別是六腿機器人，具有較強的越野能力，但結構比較復雜，而且行走速度較慢。

（3）輪式

輪式機器人具有運動速度快的優點，只是越野性能不太強。現在的許多輪式己經不同於傳統的輪式結構，隨著各種各樣的車輪底盤的出現，實現了輪式與腿式結構相結合，具有與腿式結構相媲美的越障能力。如今人們對機器人機構研究的重心也隨之轉移到輪腿結合式機構上來了。

本文設計的移動機器人不僅要求具有一般輪式機器人移動速度快、控制簡單的特點，還要具有較好的越障能力，因此本文選擇輪腿式相結合的輪腿機構作為行駛機構。

2.1.2 驅動形式的選擇

驅動部分是機器人系統的重要組成部分，機器人常用的驅動形式主要有液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動三種基本類型[3]。

（1）液壓驅動

液壓驅動是以高壓油作為介質，體積較氣壓驅動小，<率質量比大，驅動平穩，且系統的固有效率高，快速性好，同時液壓驅動調速比較簡單，能在很大范圍實現無級調速。但由於壓力高，總是存在漏油的危險，這不僅影響工作穩定性和定位精度，而且污染環境，所以需要良好的維護，以保證其可靠性。液壓驅動比電動機的優越性就是它本身<安全性，由於電動機存在著電弧和引爆的可能性，要求在易爆區域中所帶電壓不超過9V，但液壓系統不存在電弧問題。

（2）氣壓驅動

在所有的驅動方式中，氣壓驅動是最簡單的。使用壓力通常在0.4～0.6Mpa，最高可達1Mpa。用氣壓伺服實現高精度是困<的，但在滿足精度的場合下，氣壓驅動在所有的機器人驅動形式中是質量最輕、成本最低的。氣壓驅動主要優點是氣源方便，驅動系統具有緩沖作用，結構簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣的環境中工作。其缺點是：功率質量比小，裝置體積大，同時由於空氣的可壓縮性使得機器人<任意定位時，位姿精度不高。

（3）電氣驅動

電氣驅動是利用各種電機產生的力或轉矩，直接或經過減速機構去驅動負載，減少了由電能變為壓力能的中間環節，直接獲得要求的機器人運動。電氣驅動是目前機器人是用得最多的一種驅動方式。其特點是易於控制，運動精度高，響應快，使用方便，驅動力較大，信號監測、傳遞、處理方便，成本低廉，驅動效率高，不污染環境，可以採用多種靈活的控制方案。

『叄』 科技小製作介紹：簡易機器人

活動目的： 面向機器人的初學者，設計了這個因振而動的小機器人，人的行走是要靠肢體的擺動，同樣機器人的移動也離不開振動，利用電動機上的偏心塊產生振動，改變四肢的方向，可以讓機器人，作蹦跳、前進、倒退等動作。

活動內容： 1. 電動機、電機卡、小木板、電池盒、偏心小木塊各一個，大頭針四個、小錘子、2節5號電池。

2.製作步驟：①把電機卡在木板上；②在電機軸上插上偏心小木塊；③把四個大頭針依次插到木板下端的小眼中；④粘好電池盒；⑤接好導線即可。

3探究與創新：使用時，用手把電池盒上的插頭插到電機的接線柱上（作為開關），調整四個大頭針（腳）的朝向，如向後彎曲有利於行走，如果直立的話就會亂跳，非常有趣。試試看，你能讓它後退嗎？你能把它作成刷帚機器人嗎？你能和同伴作撥河、競速比賽嗎？給它作個漂亮的外殼。

『肆』 機器人自動跟隨是如何實現的,使用的什麼技術

智能跟隨系統採用微型天線整列和無線通信技術。

能精確測量人員佩戴的標簽到跟隨模塊的距離以及角度，無遮擋情況下測距精度可以到10厘米，角度測量精度可以到5度，作用距離可以到20米，而且抗干擾能力強，不受光線等環境的影響，功耗低，體積小。

人員佩戴模塊和機器人跟隨模塊通信的時候，通過電磁波的飛行時間測量出人員到機器人的距離，通過測量微型天線陣列上相位差來計算出人員相對機器人的方向,將這些信息送給機器人的處理器來調整運動控制單元，從而達到智能跟隨的目的。

智能搬運機器人採用uwb跟隨，通過與人協作，將機器的高效不知勞累，與人的靈活相結合。實現了零散重物的高效安全搬運。

『伍』 機器人獨立行走需要哪些感測器及設計模塊包含哪些

感知系統是機器人能夠實現自主化的必須部分。這一章，將介紹一下移動機器人中所採用的感測器以及如何從感測器系統中採集所需要的信號。 根據感測器的作用分，一般感測器分為： 內部感測器（體內感測器）：主要測量機器人內部系統，比如溫度，電機速度，電機載荷，電池電壓等。 外部感測器（外界感測器）：主要測量外界環境，比如距離測量，聲音，光線。 根據感測器的運行方式，可以分為： 被動式感測器：感測器本身不發出能量，比如CCD，CMOS攝像頭感測器，靠捕獲外界光線來獲得信息。 主動式感測器：感測器會發出探測信號。比如超聲波，紅外，激光。但是此類感測器的反射信號會受到很多物質的影響，從而影響准確的信號獲得。同時，信號還狠容易受到干擾，比如相鄰兩個機器人都發出超聲波，這些信號就會產生干擾。 感測器一般有以下幾個指標： 動態范圍：是指感測器能檢測的范圍。比如電流感測器能夠測量1mA－20A的電流，那麼這個感測器的測量范圍就是10log（20/0.001)=43dB. 如果感測器的輸入超出了感測器的測量范圍，那麼感測器就不會顯示正確的測量值了。比如超聲波感測器對近距離的物體無法測量。 解析度：解析度是指感測器能測量的最小差異。比如電流感測器，它的解析度可能是5mA，也就是說小於5mA的電流差異，它沒法檢測出。當然越高解析度的感測器價格就越貴。 線性度：這是一個非常重要的指標來衡量感測器輸入和輸出的關系。 頻率：是指感測器的采樣速度。比如一個超聲波感測器的采樣速度為20HZ，也就是說每秒鍾能掃描20次。 下面介紹一下常用的感測器： 編碼器：主要用於測量電機的旋轉角度和速度。任何用電機的地方，都可以用編碼器來作為感測器來獲得電機的輸出。

『陸』 機器人行走軸（地軌）由那幾個部分構成

機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。
各個組成部分的作用：
一、執行機構
動裝置發出的系統指令；

二、驅動裝置是驅使執行機構運動的機構，按照控制系統發出的指令信號，藉助於動力元件使機器人進行動作。
三、檢測裝置
是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較後，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。
四、控制系統
常用於負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，並向下級微機發送指令信息；

『柒』 收集的幾種連桿機構：機器人行走背後的機械原理（一）

機器人概念已經紅紅火火好多年了，目前確實有不少公司已經研製出了性能非常優越的機器人產品，我們比較熟悉的可能就是之前波士頓動力的「大狗」和會空翻的機器人了，還有國產宇樹科技的機器狗等，這些機器人動作那麼敏捷，背後到底隱藏了什麼高科技呢，控制技術太過復雜，一般不太容易了解，不過其中的機械原理倒是相對比較簡單，大部分都是一些連桿機構。

連桿機構（Linkage Mechanism）

又稱低副機構，是機械的組成部分中的一類，指由若干（兩個以上）有確定相對運動的構件用低副（轉動副或移動副）聯接組成的機構。低副是面接觸，耐磨損；加上轉動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面，製造簡便，易於獲得較高的製造精度。

由若干剛性構件用低副聯接而成的機構稱為連桿機構，其特徵是有一作平面運動的構件，稱為連桿，連桿機構又稱為低副機構。其廣泛應用於內燃機、攪拌機、輸送機、橢圓儀、機械手爪、牛頭刨床、開窗、車門、機器人、折疊傘等。

主要特徵

連桿機構構件運動形式多樣，如可實現轉動、擺動、移動和平面或空間復雜運動，從而可用於實現已知運動規律和已知軌跡。

優點：

（1）採用低副：面接觸、承載大、便於潤滑、不易磨損，形狀簡單、易加工、容易獲得較高的製造精度。

（2）改變桿的相對長度，從動件運動規律不同。

（3）兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。

（4）連桿曲線豐富，可滿足不同要求。

缺點：

（1）構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。

（2）產生動載荷（慣性力），且不易平衡，不適合高速。

（3）設計復雜，難以實現精確的軌跡。

網路的相關詞條圖片如下

下面我們就看看一般都有什麼連桿機構適於用於行走（或者移動）的。

平面四桿機構是由四個剛性構件用低副鏈接組成的，各個運動構件均在同一平面內運動的機構。機構類型有曲柄搖桿機構、鉸鏈四桿機構、雙搖桿機構等。

1、曲柄搖桿機構（Crank rocker mechanism ）

曲柄搖桿機構是指具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構。通常，曲柄為主動件且等速轉動，而搖桿為從動件作變速往返擺動，連桿作平面復合運動。曲柄搖桿機構中也有用搖桿作為主動構件，搖桿的往復擺動轉換成曲柄的轉動。曲柄搖桿機構是四桿機構最基本的形式 。主要應用有：牛頭刨床進給機構、雷達調整機構、縫紉機腳踏機構、復擺式顎式破碎機、鋼材輸送機等。

2、雙曲柄機構（Double crank mechanism ）

具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。其特點是當主動曲柄連續等速轉動時，從動曲柄一般做不等速轉動。在雙曲柄機構中，如果兩對邊構件長度相等且平行，則成為平行四邊形機構。這種機構的傳動特點是主動曲柄和從動曲柄均以相同的角速度轉動，而連桿做平動。

雙曲柄機構類型分類

【1】不等長雙曲柄機構

說明：曲柄長度不等的雙曲柄機構。

結構特點：無死點位置，有急回特性。

應用實例：慣性篩

【2】平行雙曲柄機構

說明：連桿與機架的長度相等且兩曲柄長度相等、曲柄轉向相同的雙曲柄機構。

結構特點：有2個死點位置，無急回特性。

應用實例：天平

【3】反向雙曲柄機構

說明：連桿與機架的長度相等且兩曲柄長度相等、曲柄轉向相反的雙曲柄機構。

結構特點：無死點位置，無急回特性。

運動特點：以長邊為機架時，雙曲柄的回轉方向相反；以短邊為機架時，雙曲柄回轉方向相同，兩種情況下曲柄角速度均不等。

應用實例：汽車門啟閉系統

3、鉸鏈四桿機構（Hinge four-bar mechanism）

鉸鏈是一種連接兩個剛體，並允許它們之間能有相對轉動的機械裝置，比如門窗用的合頁，就是一種常見的鉸鏈。由鉸鏈連接的四連桿就叫鉸鏈四桿機構。所有運動副均為轉動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的基本形式，其他四桿機構都可以看成是在它的基礎上演化而來的。選定其中一個構件作為機架之後，直接與機架鏈接的構件稱為連架桿，不直接與機架連接的構件稱為連桿，能夠做整周回轉的構件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內往復擺動的構件稱為搖桿。如果以轉動副連接的兩個構件可以做整周相對轉動，則稱之為整轉副，反之稱之為擺轉副。

鉸鏈四桿機構可以通過以下方法演化成衍生平面四桿機構。

（1）轉動副演化成移動副。如引進滑塊等構件。以這種方式構成的平面四桿機構有曲柄滑塊機構、正弦機構等。

（2）選取不同構件作為機架。以這種方式構成的平面四桿機構有轉動導桿機構、擺動導桿機構、移動導桿機構、曲柄搖塊機構、正切機構等。

（3）變換構件的形態。

（4）擴大轉動副的尺寸，演化成偏心輪機構 。

4、雙搖桿機構（Double rocker mechanism）

雙搖桿機構就是兩連架桿均是搖桿的鉸鏈四桿機構，稱為雙搖桿機構。 機構中兩搖桿可以分別為主動件。當連桿與搖桿共線時，為機構的兩個極限位置。雙搖桿機構連桿上的轉動副都是周轉副，故連桿能相對於兩連架桿作整周回轉。

雙搖桿機構的兩連架桿都不能作整周轉動。三個活動構件均做變速運動，只是用於速度很低的傳動機構中 。雙搖桿機構在機械中的應用也很廣泛，手動沖孔機，就是雙搖桿機構的應用實例，比如說吧飛機起落架，鶴式起重機和汽車前輪轉向機構都是雙搖桿機構。

判別方法

1.最長桿長度+最短桿長度 ≤ 其他兩桿長度之和，連桿（機架的對桿）為最短桿時。

2. 如果最長桿長度+最短桿長度 >其他兩桿長度之和，此時不論以何桿為機架，均為雙搖桿機構。

5、連桿機構的理論應用

動力機的驅動軸一般整周轉動，因此機構中被驅動的主動件應是繞機架作整周轉動的曲柄在形成鉸鏈四桿機構的運動鏈中，a、b、c、d既代表各桿長度又是各桿的符號。當滿足最短桿和最長桿之和小於或等於其他兩桿長度之和時，若將最短桿的鄰桿固定其一，則最短桿即為曲柄。若鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和小於或等於其餘兩桿長度之和，則

a、 取最短桿的鄰桿為機架時，構成曲柄搖桿機構；

b、 取最短桿為機架時，構成雙曲柄機構；

c、 取最短桿為連桿時，構成雙搖桿機構；

若鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和大於其餘兩桿長度之和，則無曲柄存在，不論以哪一桿為機架，只能構成雙搖桿機構。

急回系數

在曲柄等速運動、從動件變速運動的連桿機構中，要求從動件能快速返回，以提高效率。即k稱為急回系數。曲柄存在條件參考圖 

壓力角

如圖中的曲柄搖桿機構，若不計運動副的摩擦力和構件的慣性力，則曲柄a通過連桿b作用於搖桿c上的力P，與其作用點B的速度vB之間的夾角α稱為搖桿的壓力角，壓力角越大，P在vB方向的有效分力就越小，傳動也越困難,壓力角的餘角γ稱為傳動角。在機構設計時應限制其最大壓力角或最小傳動角。

死點

在曲柄搖桿機構中，若以搖桿為主動件，則當曲柄和連桿處於一直線位置時，連桿傳給曲柄的力不能產生使曲柄回轉的力矩，以致機構不能起動，這個位置稱為死點。機構在起動時應避開死點位置，而在運動過程中則常利用慣性來過渡死點。

6、平面四桿機構一些案例

切比雪夫連桿機構其實是和霍肯連桿機構是屬於同一種形式的四連桿機構，其軌跡點都是在連桿兩端誰在的直線上。霍肯連桿機構的軌跡點是在兩端點連線的延伸線上，而切比雪夫連桿機構的軌跡點是在兩端點連線的中間。如下：

切比雪夫連桿機構的動態演示

1、切比雪夫（1821~1894）

俄文原名Пафну́тий Льво́вич Чебышёв，俄羅斯數學家、力學家。切比雪夫在概率論、數學分析等領域有重要貢獻。在力學方面，他主要從事這些數學問題的應用研究。他在一系列專論中對最佳近似函數進行了解析研究，並把成果用來研究機構理論。他首次解決了直動機構（將旋轉運動轉化成直線運動的機構）的理論計算方法，並由此創立了機構和機器的理論，提出了有關傳動機械的結構公式。他還發明了約40餘種機械,製造了有名的步行機（能精確模仿動物走路動作的機器）和計算器，切比雪夫關於機構的兩篇著作是發表在1854年的《平行四邊形機構的理論》和1869年的 《論平行四邊形》。

理論聯系實際是切比雪夫科學工作的一個鮮明特點。他自幼就對機械有濃厚的興趣，在大學時曾選修過機械工程課。就在第一次出訪西歐之前，他還擔任著彼得堡大學應用知識系(准工程系)的講師。這次出訪歸來不久，他就被選為科學院應用數學部主席，這個位置直到他去世後才由李雅普諾夫接任。應用函數逼近論的理論與演算法於機器設計，切比雪夫得到了許多有用的結果，它們包括直動機的理論、連續運動變為脈沖運動的理論、最簡平行四邊形法則、絞鏈杠桿體系成為機械的條件、三絞鏈四環節連桿的運動定理、離心控制器原理等等。他還親自設計與製造機器。據統計，他一生共設計了40餘種機器和80餘種這些機器的變種，其中有可以模仿動物行走的步行機，有可以自動變換船槳入水和出水角度的劃船機，有可以度量大圓弧曲率並實際繪出大圓弧的曲線規，還有壓力機、篩分機、選種機、自動椅和不同類型的手搖計算機。他的許多新發明曾在1878年的巴黎博覽會和1893年的芝加哥博覽會上展出，一些展品至今仍被保存在蘇聯科學院數學研究所、莫斯科歷史博物館和巴黎藝術學院里。

2、切比雪夫連桿機構經常被用於模擬機器人的行走

根據公式i=3n-2m

(n為活動構件數目，m為低副數目)

可得自由度i=1

3、切比雪夫連桿機構被廣泛運用在機器人步態模擬上，從動圖上也能看出，它的軌跡底部較為平穩，步態方式非常像四足動物，收腿動作有急回特性。根據下圖WORKING MODEL模擬分析可得，在X軸上，也能看出它的急回特點。

4、嵌入汽缸的切比雪夫直線機構的運動

動圖 

5、使用切比雪夫連桿機構的行走桌子

常見到有人遛狗溜貓，但你絕對沒見過人溜桌子的，拜荷蘭設計師Wouter Scheublin的腦洞所賜，荷蘭人民倒是有幸見到過這一奇葩景象，有人推著一張桌子在路上行走，而有著八條腿的桌子就運動著自己的腿，走的蹭蹭蹭的，場景怪異中帶著搞笑，讓人印象深刻。那麼桌子是怎麼行走的呢？其實並沒有用上什麼高科技，它只是通過精細的機械傳動機構動起來而已。設計師受到俄羅斯數學家切比雪夫的理論啟發，並將它應用到桌子中，所以這張160斤重的桌子輕輕推拉就能走，而且走的異常平穩，不比輪子差。

每條桌腿與桌板之間，都採用精細的木質結構打造。當用手推動桌子時，給力的一方會使桌腿不斷前進，通過力臂的搖擺和連接處木質結構，會把力傳遞到對面的桌腿使之向前移動，然後桌子就能滿街跑了。

『捌』 電子科大外骨骼機器人助力老兵重新站立行走，這款機器人的運作原理是什麼

這款機器人的運作原理是機械、電子、醫學、人工智慧之間的高度配合，根據正常人的運動數據來實現人機交互，根據所收集的腿疾患者的數據搭建系統平台，通過數據分析，驅動機器產品的運轉，從而實現腿疾患者的行走和運動。科研團隊突破了很多難題，逐步建立起了擁有電子科大標簽的完整系統平台和核心演算法。

電子科大團隊日夜奮戰，用了五年時間，終於研發出了這個產品，在研發這一款產品的時候，由於我們中國人的身高、體重以及肢體行動方面的數據信息與外國人有很大的區別，因此，電子科大研究團隊在沒有借鑒知識的情況下，從零開始潛心研究，用時五年，完成了這項設計。這個科研團隊還在繼續研究，勵志要把人工智慧的作用發揮到極致，下一個產品要努力完成感測器與數據信息的連接，大大提升智能度。

『玖』 .機器人機械機構由哪幾部分組成,每一部分的作用是什麼

1. 機器人是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建築業，或是危險的工作。

2. 機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。

3. 執行機構即機器人本體，其臂部一般採用空間開鏈連桿機構，其中的運動副（轉動副或移動副）常稱為關節，關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。出於擬人化的考慮，常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執行器）和行走部（對於移動機器人）等。

4. 驅動裝置是驅使執行機構運動的機構，按照控制系統發出的指令信號，藉助於動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有採用液壓、氣動等驅動裝置。

5. 檢測裝置是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較後，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的感測器大致可以分為兩類：一類是內部信息感測器，用於檢測機器人各部分的內部狀況，如各關節的位置、速度、加速度等，並將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環控制。一類是外部信息感測器，用於獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種「感覺」，向智能化發展，例如視覺、聲覺等外部感測器給出工作對象、工作環境的有關信息，利用這些信息構成一個大的反饋迴路，從而將大大提高機器人的工作精度。

6. 控制系統。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一台微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即採用多台微機來分擔機器人的控制，如當採用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用於負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，並向下級微機發送指令信息；作為下級從機，各關節分別對應一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，並向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續軌跡控制和力（力矩）控制。
   

『拾』 站立行走不是夢！盤點外骨骼機器人產品

一、Rewalk

Rewalk是一個由以色列製造商ReWalk機械公司設計製造的外骨骼系統，主要用途是協助下肢癱瘓的病人能夠再次站立行走，是目前全球最成功的外骨骼康復機器人之一。

ReWalk Robotics旗下共有兩款產品，分別是ReWalkPersonal和ReWalk Rehabilitation。前者主要適合家庭、工作或社交環境中使用，通過感測器和監控器，使患者站立、和爬樓。後者則是用於臨床修復，為癱瘓患者提供物理治療方式，包括減緩癱瘓導致的肢體疼痛、肌肉痙攣、幫助腸道消化系統、加速新陳代謝等。

ReWalk系列機器人主要由3個部分組成：1、軟體控制系統；2、機械支撐和動力系統；3、感測器系統。ReWalk系列機器人採用了體感晶元，捕捉患者的肢體動作，幫助行走。通過電池驅動關節部位的電機，組成電動腿部結構，在行走過程中可以感應患者重心的變化，模仿自然行走的步態，並能根據實際情況控制步行速度。患者可自行完成安裝和拆卸。

不過，接近7萬美元的ReWalk產品實在昂貴。ReWalk公司希望各保險公司、政府項目來為癱瘓患者來承擔費用，比如退伍軍人管理局和政府醫療項目等。

二、賽百達因」(Cyberdyne)

日本科技公司「賽百達因」(Cyberdyne)，它創造了全球首個獲得安全認證的外骨骼機器人。

HAL-5是一款半機器人，擁有自我拓展和改進功能。HAL-5是一款可以穿在身上的機器人，高1600毫米，重23公斤，利用充電電池(交流電100V)驅動，工作時間可達到近2小時40分鍾。它具有能按照人（即穿著者）的意志而動作的隨意制御功能，同時還具有機械性的自律制御功能，它使人的腦神經和筋骨系統與機器人成為一個整體結構，並作為人體的一部分發揮相應的功能。

這款產品最吸引人的地方是意念控制。它的身體會根據大腦向筋骨系統發出的運動指令而動作，身體在動作的時候，會有微弱的生物電位信號溢出到皮膚的表面，HAL就是在測得皮膚表面的生物電位信號的同時，通過安在關節部位的動力裝置來發揮作用的。

HAL-5可以幫助佩戴者完成站立、步行、攀爬、抓握、舉重物等動作。在2010年的時候，雙腿因車禍而造成癱瘓的48歲日本人內田靖史，藉助HAL外骨骼系統成功登上了瑞士阿爾卑斯山海拔4000多米的布來特峰，使得CYBERDYNE名聲大噪。不過由於價格定位在15萬美元，能購買的人群相當有限。由於產品不菲的使用成本，所以公司使用租借的方式來分散化高昂的費用，比如每月大約1700美元的價格（租賃時間如果超過一年將獲得更低廉得月租費用）進行租賃使用。目前，致力於開發出更輕便且更便宜的型號，相信屆時將有更多的人憑借這一技術恢復行動能力

三、松下可穿戴外骨骼

松下一直在研究動力外骨骼裝置。2015年網路消息顯示，松下最外骨骼裝置AWN-03已經開始量產。AWN-03在設計上進行了大幅改良，它採用松下最新的小型高功率馬達控制體積，碳纖維材料和樹脂傳動齒輪的利用使其相比金屬製品輕了50%。松下AWN-03當時預計售價100萬日元（約合人民幣5.03萬元），月產能約1000台。現在具體售價不詳。

松下三款屬於「外骨骼」的裝備，代號為 AWN-03、PLN-01、Power Loader，三者基本架構相似，功能也相近。當外骨骼的感測器檢測到使用者彎腰舉起重物時，電機通過傳動裝置為人體的四肢提供外部動力，減少人體的負擔。

三、Phoenix SuitX

2016年上半年，加州公司suitX發布了宣稱全球價格最實惠的可移動機械外骨骼Phoenix，不面向的是殘疾人士，其利用發動機幫助穿戴者移動雙腿。後來，這家公司帶來了一款非發動機版的機械外骨骼--MAX（全稱Molar Agile Exoskeleton），它能讓更多的人的生活變得更加輕松。據了解，MAX主要為在建築工地、工廠、倉庫等需要搬運重物的工作場所的人員設計。

極簡的設計外加先進的嵌入式智能微小組件是Phoenix能夠控制其重量和成本的重要原因，外骨骼設計採用模塊化設計，主要分為一個髖關節模塊，2個膝關節模塊和2個腳模塊，客戶可以單獨使用或連接在一起，形成一個完整的系統。SuitX可以在用戶不脫下來的情況下完成坐在輪椅上然後站起來繼續行走然後再坐下的整個過程，操作起來也十分方便。

四、ExoAtlet

是一家成立於 2010 年的初創公司，由俄羅斯政府級的孵化器 Skolkovo 扶持。於 2009 年由時任總統的梅德韋傑夫宣布成立。

ExoAtlet Ⅰ基本適用於任何下半身癱瘓的患者，只要上肢功能基本完整（因為需要拄著拐杖），它能幫助患者實現基本的行走、爬樓梯及一些特殊的訓練動作。ExoAtlet Pro 功能更多：測量脈搏、電刺激、給予既定的行走模式（讓病人訓練不同種類的步態，比如原地踏步）等。

發明者介紹，在為期 13 個臨床實驗階段，至少有 65 位患者使用了 ExoAtlet，總行程達 143 公里，「ExoAtlet 已經被證明是安全的」。據悉，目前 ExoAtlet 已經完成了第六代樣機，然而研發時間只花費了約 2 年半，其團隊從最初的 5 人發展到目前的 25 人。

五、傅利葉智能

2017年3月17日，傅利葉智能在上海國際貴都大酒店舉行了一場發布會，推出了公司下肢康復機器人Fourier X1。公司CEO顧捷在會上提出了上述關於器官的說法，並表示，近視眼患者戴上一副眼鏡就可以和正常人一樣看書，無法行走的殘疾人如果穿上一套外骨骼機器人，就可以像普通人那樣邁步行走，那麼這種機器人也會成為一些殘障人士的「器官」

Fourier X1通過19個不同的感測器和11個分布式CPU模塊，能夠「感知」患者在步行中的變化，「思考」患者的意圖並通過電機幫助患者「執行」步行動作，通俗來講就是使得機器人擁有了「觸覺」。同時，機構上還設計了直觀的指示燈，可以看到患者的力量變化。

國外平均一台機器人的價格在60萬元~100萬元，普通百姓購買壓力極大。而傅利葉智能此次發布的下肢外骨骼機器人Fourier X1產品，據估算，投入市場後其價格將為國外同類產品的1/3至1/5。

六、尖叫科技S1

國內創業團隊尖叫科技展示了其最新的外骨骼產品 S1，CTO 李牧然介紹說，相比國外的外骨骼產品，S1 將大幅降低外骨骼產品的價格門檻。價格方面，公司十分保守地表示「將在 10 人民幣以內」

S1 整體材料使用了鋁鎂合金和碳纖維，在兼顧韌性和強度同時，很好地控制了材料成本；膝蓋和髖關節部位有兩處驅動電機，可以支持使用者完成站立、行走、攀爬樓梯等動作，自由度可以滿足下肢日常活動的需要；同時，S1 在尺寸上將提供多個型號，每個型號還能進行一定的微調，可以很好地適配不同用戶的體型。

（樣機行動圖）

七、邁步機器人BEAR H1

2017年11月11日下午，深圳市邁步機器人科技有限公司在深圳發布其首款面向偏癱患者的外骨骼機器人BEAR H1。這款機器人指向非常明確：幫助那些偏癱患者們重新站立行走。

BEAR H1擁有帶動力的6關節（雙側髖、膝、踝），和髖部旋轉輔助關節，可實現自然步態，適合身高150-190cm之間，體重小於85Kg的患者使用，並且其外骨骼尺寸可調，步態監測評估系統，還可通過觸摸屏實時展示。

邁步機器人CEO陳功透露，邁步的外骨骼機器人產品投入市場後，不僅功能更多，價格將只有國外同類產品一半甚至1/3，在價格上優勢明顯。

八、大艾機器人

目前，大艾已經推出了 AiLegs 雙足型下肢外骨骼康復訓練機器人與 AiWalker 移動台架型下肢外骨骼康復訓練機器人兩款核心產品。

AiLegs 主要針對中後期康復階段患者的訓練。其產品由鈦合金打造，重約 20 公斤，續航能力達 8 小時，最高承重達 100 公斤，可以根據患者不同的體型快速調節尺寸，方便多人使用。AiLegs 外形酷似人體下肢，腰部和腿部分別設有固定帶，同時裝有多個感測器、驅動器和控制器，患者可以通過控制器控制機器人前進的速度，使機器人能以類人的自然行走步態、真實的行走方式，支撐並帶動下肢運動功能障礙患者進行康復訓練。且能夠進一步挖掘激發患者殘存的肌體功能，糾正患者的行走姿態，以達到重塑患者行走能力的目的。

AiWalker 功能類似，但其配有類似學步車的移動台架，可以供早期康復患者使用。在康復訓練行走過程中對患者腰部以上身體形成有效支撐、穩定骨盆。同時也適合對不同體重的患者進行減重式康復訓練。

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