“机器狗”什么原理？看这篇文章就够了

波士顿动力机器狗

一、四足机器人的优势

四足机器人最显著的优势就是能够自如行走于复杂的地形中，这也是四足超越轮式、履带式机器人的主要特性。机器狗具有对复杂地形很强的适应能力，具有很高的运动自主性，同时还有较高的导航智能性，独立对环境实施感知和自主路径规划，很少需要人工的 干预。机器狗属于典型的具有全自主运动能力，较强全自主导航能力，是当前机器人领域较难实现的一种陆地移动机器人。

机器狗行走于复杂地形

二、机械结构特点

机器狗结构设计的主要特点：仿造四足哺乳动物的肢体结构。机器狗机体结构主要包括机身刚体（看下图），及 12 或 16 段肢体（可以思考下，真实的狗有多少腿部关节）。

1. 机身刚体

机身就是下图最上面背着的那个，这个刚体里面放置了很多传感器、控制器、电源等部件。

结构图

2. 肢体关节

机器狗所有肢体都属于严 格的单轴性关节，只能绕着对应转轴旋转。每段肢体在各自液压执行器的驱动下做往复加减速旋转运动，构成了机器狗肢体的基本运动常态。机器狗在任何情况下的运动都是由 12 或 16 段肢体的运动所拟合而成的。

机器狗关节

机器狗关节示意图

三、运动特性

机体支撑倒立摆运动、重心颠簸起伏、机体重心自扰动、肢体往复加减速运动构成了机器狗的基本运动特性。机器狗的多肢体旋转形成的支撑倒立摆结 构，每段肢体在任何情况下都不是直线运动而是旋转运动。为使机器狗能够处于平稳的运动状态，必须保证力和扭矩的输出能刚好满足对应肢体的实际动力需求，也就是恰到好处的油压值及流量输出。不断的规划、不断的检测、不断的反 馈、不断的调整输出，构成了机器狗运动控制的基本常态。

重心起伏(左)和肢体旋转(右)

四、液压动力系统

机器狗液压动力系统主要包括：汽油发动机、变量活塞泵、液压油箱、油压总路、蓄电 池、16 个电液伺服阀和 16 个子液压执行器等，如下图所示。

电液伺服阀是机器狗最复杂的器件之一。借助电液伺服阀的优良性能可实现液态能量精确控制。电液伺服阀的最显著特性是具有增压的功能。电液伺服阀的电动机借助蓄电池的电能启动旋转，同 步带动泵旋转，把从总路引入至子路的油压实施进 一步增压。电液伺服阀可及时弥补由于传输损耗造成的油压值不足，使得动力系统的输出始终能够跟上动力学规划的输出要求。

机载蓄电池需要给如下主要器件提供稳压电能输出：两台机载计算机、所有传感器、 机载通信装置、16 个电液伺服阀、两台散热风扇。

液压驱动系统示意图液压驱动系统示意图

好了，这篇文章就到这里，后面的两篇文章中，我们会对机器狗的运动控制系统、自主控制系统、导航与软件、以及机器狗存在的问题等内容进行讲解。