唐 军，秦 智，杨书麟

（江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000）

1 引言

仿生机器人功能强大、可靠性高、应用广泛，使得该领域成为中国制造2025关注的热点。因爬行类机器人具有独立的支撑点而使得爬行机器人的机动性、可靠性比轮式或履带式机器人高，在恶劣环境中四足机器人可以代替人类开展救灾、灭火、核辐射区救援等专项工作。因此，对仿生足式机器人的运动和控制研究，具有较强的现实意义[1]。

20 世纪60 年代初，国外科学家开始致力于腿式结构机器人的研究，文献[2]研制出两自由度简单对角线爬行的“Phoney pony”机器人。随后文献[3]仿照哺乳动物研制出简单机械结构的四足机器人，文献[4]公司的研究人员开发出在崎岖道路快速行走的可承载较高载荷的四足步行机器人[5]。国内，文献[6]开发了伺服电机驱动的三自由度机器人JTUWM-III；文献[7]开发了TIM1 仿哺乳动物四足机器人；文献[8]研制了电力驱动大型四足机器人。但是，以上研究和开发的四足机器人体积庞大、惯性大、控制困难[9-12]。针对以上问题，这里设计了一款惯性小、体积小、移动可靠、易于控制的仿生四足机器人。当它运动时，足部运动的控制精度成为判定机器人性能的关键，而机身各关节的角位移、转矩、接触力是躯体控制的关键点。因此，通过机器人关节变量和运动轨迹的关系进行仿真模拟，找出爬行四足机器人的控制方程，并利用梯度投影算法求解，验证设计结构的合理性。

2 蜘蛛类生物结构及运动特性

昆虫种类繁多，不同的昆虫身体构造和运动方式有明显差异，以蜘蛛类昆虫为例，其身体构造，如图1所示。……