題目范圍廣，我們從人形/仿人機器人入手，從運動(dòng)關(guān)節、施工過(guò)程、減速器等方面來(lái)看整個(gè)機構的研究和應用。

過(guò)去，機器人只是簡(jiǎn)單地模擬人或機器的動(dòng)作?，F在，仿人機器人的運動(dòng)步態(tài)包括步行、跳躍、踢足球、上下樓梯：

所有這些實(shí)現都離不開(kāi)機器人的關(guān)節結構設計和制造，即全機構。仿人機器人主要由機械、控制和傳感三部分組成，其中機械部分就像高層建筑的基礎，是其他部分的重要基礎。

根據系統分類(lèi)，機械部分包括兩個(gè)子系統：驅動(dòng)系統和機械系統。機械部分可分為頭部、胸部、手臂、手、腿和腳。

作為機械部件的關(guān)鍵點(diǎn)之一，整個(gè)機構類(lèi)型與關(guān)節的數量和布局密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，成年人有206塊骨頭和78個(gè)大關(guān)節，而模擬人類(lèi)關(guān)節和骨架構的模擬機器人通常有15-70個(gè)關(guān)節。

雖然整個(gè)機構很少被提及，但它對仿人機器人具有重要意義 ▽

慕尼黑工業(yè)大學(xué)LOLA機器人比較了大腿和小腿的各種結構，較終從中選擇較好的。其目的是改變機器人的運動(dòng)性能。

2. 減輕機器人重量和腿部旋轉慣量有助于提高機器人的運動(dòng)性能：

俄勒岡州立大學(xué)Digit機器人將膝蓋伺服驅動(dòng)器向大腿移動(dòng)，踝關(guān)節伺服驅動(dòng)器向小腿移動(dòng)，減少腿部旋轉慣性，顯著(zhù)提高步行速度。

3. 增加腿部彈性機構可以減少機器人的行走沖擊和儲能：

Digit同時(shí)增加彈性元件，提高機器人的運動(dòng)能力和安全性。

機器人運動(dòng)關(guān)節的特點(diǎn)

Walker它的出現是實(shí)現讓機器人進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)目標的堅實(shí)一步。作為智能助手TA它可以幫助或取代人類(lèi)完成簡(jiǎn)單重復的服務(wù)。因此，在設計機器人關(guān)節時(shí)，我們首先要看人類(lèi)關(guān)節和肌肉是如何工作的。

人類(lèi)關(guān)節運動(dòng)的特點(diǎn)之一是運行速度快，機動(dòng)性好，腳焦點(diǎn)分散，高速碰撞。如何滿(mǎn)足這種關(guān)節運動(dòng)的特點(diǎn)？這需要在關(guān)節設計中實(shí)現瞬時(shí)高功率輸出、高能利用效率和瞬時(shí)沖擊。

因此，彈性驅動(dòng)器的概念被提出，它的基礎來(lái)源于Hill三元素肌模型主要由三部分組成：CE收縮單元、SE串聯(lián)單元、PE并列單元有兩種組合形式：PS肌肉模型、SP肌肉模型。

當兩種模型轉換為機器人應用驅動(dòng)器時(shí)，可以產(chǎn)生多種形式(如上圖右):

(a)它是一種傳統的剛性驅動(dòng)器，可以理解為電機 減速器 編碼器；(b)是傳統的驅動(dòng)器 彈性單元，然后連接負載構成SEA串聯(lián)驅動(dòng)；(c)彈性單元并聯(lián)于傳統驅動(dòng)器之外，即PEA；(d)在SE在此基礎上增加離合器clutch，可控制彈性單元；(e)(f)是上述三種組合形式之一。

整個(gè)機構類(lèi)型的施工過(guò)程

對于Walker在整個(gè)機構類(lèi)型的施工過(guò)程中，首先定義每個(gè)關(guān)節的扭矩要求、角度要求、尺寸規格等，然后根據需要選擇電機、減速器、編碼器等。整個(gè)驅動(dòng)方案完成后，設計模擬機器人的結構，將機器人的三維模型放入模擬平臺進(jìn)行。經(jīng)過(guò)幾輪迭代，得到了優(yōu)化的設計。

標準化制定減速器

說(shuō)到減速器，不得不說(shuō)，由于仿人機器人的運動(dòng)特點(diǎn)，舵機主要在低速高扭矩場(chǎng)景中工作，高速低扭矩特性的電機不能滿(mǎn)足直接使用的需要，只能通過(guò)減速器降低速度，提高扭矩。

仿人機器人常用的減速器主要有三類(lèi)。由于機器人對控制精度要求高，回差是機器人精密減速器的關(guān)鍵性能指標之一。

伺服驅動(dòng)類(lèi)型

看看仿人機器人常用的伺服驅動(dòng)器類(lèi)型比較：

目前，傳統驅動(dòng)技術(shù)相對成熟，廣泛應用于多個(gè)領(lǐng)域；彈性驅動(dòng)主要集中在大學(xué)和研究所；本體驅動(dòng)主要用于四腳機器人或小型雙腳機器人。

Walker大型伺服舵機集成了高密度無(wú)框扭矩電機、雙位置編碼器、諧波減速器和高性能處理控制器，硬件設計采用多重安全監控和故障保護機制，軟件采用增強伺服控制算法，為靈活運動(dòng)提供了堅實(shí)的基礎。

不難想象，仿人機器人的機械結構將在未來(lái)得到快速發(fā)展和廣泛應用。在整個(gè)機構類(lèi)型的未來(lái)發(fā)展趨勢中，一是伺服驅動(dòng)和整個(gè)機構類(lèi)型的集成設計、機電和運動(dòng)控制的聯(lián)合模擬，實(shí)現機器人的較佳設計；二是引入彈性元件，為電動(dòng)驅動(dòng)伺服驅動(dòng)提供輔助扭矩，緩沖地面沖擊；三是仿生應用，我們知道許多仿生機器人設計是模擬人或動(dòng)物背后的原理，這些動(dòng)物和人體骨骼肌肉的研究將助推機器人機械技術(shù)的發(fā)展。

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