于千源，饶晓波，李朋阳，高建设

(郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450001)

1 引言

步行机器人的腿部作为机体和地面相接触的媒介，腿部机构的刚度和活动空间很大程度上决定了机器人的承载能力和越障能力，腿部构型的设计也影响机器人的动态性能。现有的步行机器人大多采用仿生串联的构型设计，如波士顿动力公司的BigDog[1-2]、LittleDog[3]、意大利IIT大学的HyQ[4]、西班牙工业自动化研究所的SILO4[5]、机器人TeKKen[6]系列和南洋理工大学的四足机器人[7]等等。其中，最具代表性的BigDog单腿为四自由度串联结构，髋关节由两个主动驱动转铰构成，膝关节是一个主动驱动的转铰；意大利IIT大学研制的HyQ，单腿采用串联构型，膝关节一个俯仰自由度，髋关节有俯仰和横滚两个自由度，膝关节处的俯仰自由度由放置于大腿的直线驱动完成驱动；西班牙工业自动化研究所的SILO4单腿采用六个自由度串联结构，关节采用斜齿轮传动。国内的串联腿部机构以山东大学的SCalf[8]为代表，单腿上分别有1个横摆关节和2个俯仰关节，膝关节以大腿上的直线驱动带动转动。上述的国内外的仿生串联构型多采用关节驱动，机构简单，易于控制，矢状面的自由度多于冠状面的自由度(机器人行走和跑步时向前和向上的运动多由腿部矢状面的关节驱动完成)。但是，关节驱动使得下级驱动器成为上级驱动器的负载，增加了腿部的运动惯量和机器人的载重比。在太空、核电等需要对电子部件进行特殊防护的领域，关节驱动型步行机器人的驱动分散，不易防护，也限制了其应用领域。……