云储能管线巡检多足机器人的研究现状分析

仲光耀 周振华

摘 要：当今社会已经步入科技时代，人们对各个领域的研究与探索也越来越深入，同时也有很多领域是人们无法触及的，此时就需要有一种更加先进的技术来代替人们完成，为此多足机器人应运而生。能源互联网的发展将引领未来电力系统发展的新方向，智能微电网云储能系统的出现为能源互联网提供了一种行之有效的解决方案。此机器人能够在复杂多变的环境中灵活地完成任务，应用于空间探测、减震救灾、军事任务等，为此成了当前各个学者研究的重点话题。文章重点针对多足机器人关键技术的研究现状进行了综述，在对国内外研究现状进行分析的基础之上，重点探讨多足机器人关键技术的应用。

关键词：多足机器人;关键技术;研究现状

0 引言

多足机器人的原理主要来源于多足昆虫，通过仿生学将多种技术融合在一起，形成了智能机器人。一般情况下人们所提到的多足机器人指的是四足以上的机器人，其中最常见的有四足、六足以及八足。多足机器人多应用于空间探测、减震救灾、军事等方面，进而为其负载能力提出了高要求，能够做到辅助设备的搭载，通过远程控制在无干扰的情况下完成复杂环境任务[1]。最近几年关于多足机器人的研究越来越多，理论基础越来越扎实，为多足机器人更好的应用提供了借鉴。而此次通过查阅大量文献资料，对相关研究成果进行了收集与整理，并对多足机器人关键技术进行了分析[2]。

伴随工业4.0时代的到来，兼并信息网络化与资源整体化的能源电力行业技术也孕育而生，与之匹配的通信技术和控制策略也不断进步，能源互联网的发展将引领未来电力系统发展新方向，智能微电网云储能系统的出现为能源互联网提供了一种行之有效的解决方案。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

最早的四足机器人是美国在1968年研制而成，其主要采用液压伺服马达系统，具备多种行走功能，通过人员的操纵能够运动，而操作人员身上配有传感器，能够对机器人位置进行检测。

2015年波士顿动力公司研发了SPOT四足机器人，其优点在于噪音小，并且设计的肘关节是可活动的，室内室外都可行走，甚至可以爬坡，就算受到较大冲击力，仍可以正常行走。

2019年波士顿动力公司推出首款四足商用机器人，主要用于递送快递以及测量，此机器人操作极其简单，并且具备较强的灵活性，同时还可将机械臂搭载于运行平台上，完成复杂环境下的工作。

1.2 国内研究现状

2013年上海交通大学研发了两款小型的六足机器人，一款可以完成野外探测，并能够将机械臂、消防龙头搭载到运行平台上，既能自动将阀门打开、关闭，又可将物资来回搬运。另外一款越障能力较强，而且具有较强的负载能力，主要运用于抢险救灾[3]。

2016年浙江大学、南江机器人进行了合作，并研制出了超强越障能力、复杂地形工作能力、适应能力的四足机器人，主要用于运输。平坦地面运行时，比轮式移动机器人速度快，而且在跑跳的时候噪音很小，较强的负载力以及适应能力是其优势[4]。

2 多足机器人关键技术

2.1 腿部结构分析与设计

多足机器人最为关键的部位就是腿部的设计，主要是由腿部控制着机器人的机能，使其更加稳定地做出动作，以此来对整机进行有效控制[5]。例如仿生蜘蛛机器人，其腿部的组成非常复杂，其中包含着基节、转节、腿节、膝节等，所以多足机器人在设计腿部的时候参数是要求一致的，而且要充分考虑到腿间距离，避免出现相互碰撞。当解耦控制系统以后，每一条腿仍然可单独完成相应的动作指令，而且可将单独动作组合在一起完成复杂动作。除此之外，超强的承载力也是极其关键的，能够为运行时足部做好支撑，既要满足机体承载量，又能够实现物资承载。

2.2 整体结构模型设计

多足机器人整体结构的构成主要是通过 Pro/E软件完成的，此软件基于三维技术，能将多足机器人结构直观地呈现，而且操作简单，在電子产品领域被广泛应用[6]。而此次针对多足机器人整体运行平台结构模式的设计主要是从躯干模式、腿部结构、模型装配3方面来分析的，具体内容如下：

首先是设计躯干模式。多足机器人躯干的设计非常关键，不但要与腿有效地连接在一起，而且还要将机器人控制元件放入，另外还要对辅助功能相关的模块负责，所以在躯干设计时对机器人稳定功能要求具备较高的技术。机器人的腿在设计时要遵循分布均匀的原则，例如四足机器人躯干以正四边形为主，而六足机器人躯干是以正六边形为主，为了能够使控制元器件的搭载更加方便，设计躯干时采用的是凹槽。

其次是设计腿部结构模型。多足机器人运行的关键就在于腿部结构，其中不仅仅包含着根关节、基节、髋关节，而且还有腿节、膝关节以及胫节，而在这6部分中，根关节、髋关节以及膝关节也就是转动副，主要功能是使腿部不同的节点能够有效地运动，舵机控制着各个关节的灵活度，而根关节负责腿部的前后摆动，髋关节负责上下摆动，膝关节则负责伸缩摆动。多足机器人腿部的结构是以结构参数设计为基础，设计时对步态、机动理解日益加深，参数也就会随之不断变化。在多足机器人每一条腿上都设计了3个舵机，控制舵机进而控制单条腿的运动，然后对各个腿间的运动方式进行有效的整合，进而实现多足机器人能够完成复杂的动作。

最后是装配模型的设计。此模型是基于组件模式，运用约束要求组装躯干与腿部模型。参考坐标系是构建整体模型的基础，并且躯干结构模型引入，进而完成坐标系匹配约束条件的设置，根据这些条件将其置入坐标系，随后将腿部结构模型导入，以腿分布方式为依据设置相应的约束条件，而腿部与躯干模型在进行装配时主要运用的是轴间位置的匹配连线，最终设计出多足机器人整体的结构模型。

3 结语

关于“机器人”的研究国内外在很早时就已经开始了，并且机器人的应用在国外涉及的领域也是非常广泛的，由最初的机械装置到后来的融入电子技术，再到现在的计算机、人工智能的结合。在不断发展中，机器人综合性能也在大幅度提高，能够在复杂多变环境中调整不同形态，具备较强的适应能力。而此次针对多足机器人关键技术研究现状的分析，在对国内外相关研究成果进行分析的基础之上，了解多足机器人发展史以及相关的成果，并且针对关键性技术进行了阐述，虽然目前多足机器人研究表明研制的成果还是比较不错的，但是时代在发展，关于多足机器人技术的创新步伐仍然不能停止，而相关的研究依然需要继续丰富，为多足机器人创新发展提供理论借鉴。

[参考文献]

[1]王森，姚燕安，武建昫.一种新型可调整闭链多足机器人的设计与分析[J].机械工程学报，2020（19）：191-199.

[2]白裕，冀强，高旭杰.基于TRIZ理论的六足机器人优化设计与研究[J].内蒙古工业大学学报（自然科学版），2020（3）：32-39.

[3]王义甫.多足步行机器人运动平台设计与研究[D].石家庄：河北科技大学，2019.

[4]陈虹，王心亮，魏伟，等.深海爬游机器人概念及关键技术分析[J].中国舰船研究，2018（6）：19-26.

[5]黄晓运，田学友，杨涛，等.基于STM32的智能服务型多功能多足机器人[J].中小企业管理与科技，2018（7）：143-144.

[6]王委，蒋刚，留沧海.基于SVM的多足机器人故障诊断系统[J].西南科技大学学报，2018（1）：86-90.

（编辑 王雪芬）