双腿机器人(双脚)设计案例：SDR-4XⅡ，拟人机器人P2，WABIAN-2R255

在过去的10年中，已经展示了各种类型的成功的双腿机器人。已经证明双腿机 器人能跑、跳和上下楼梯行走，甚至玩空中把戏，如翻筋斗。在商业部门，本田和索尼 公司在过去10年已经做出了重大的进展，并对双脚机器人赋予很高的功能。两个公 司设计了小型、有源的关节，实现了现有商业伺服机闻所未闻的功率/重量性能指标。 这些新的“智能”伺服机，不仅提供了强大的激励，而且用转矩感知和闭环控制方法提 供了适从的激励。

索尼梦想机器人，即SDR-4X Ⅱ模型，如图2.15所示。这个流行的模型是1997 年开始的研究结果，它以运动表演和交际娱乐(如跳舞和唱歌)为基本目的。这个具 有38个自由度的机器人，为了声音的精细定向、基于图像的人员识别、单板微型立体 景深图的重构以及有限的语音识别，装有7个麦克风。给定了流媒体和娱乐运动的 目标，索尼公司花费了巨大的精力设计了运动的原型应用系统，它能使他们的工程师 以简捷的方式编排舞蹈。要注意的是，SDR-4XI 比较小，站立58cm, 重量仅6.5kg。

本田公司的拟人机器人项目有着值得注意的发展经历。但是此外，它还抓住了 激励的非常重要的工程挑战。图2.16展示了模型 P2, 它是Z新模型 Asimo (在发明 移动性中有超前步伐)Z直接的先驱。注意，Z新的本田 Asimo 模型仍然比 SDR- 4X I大得多，高120 cm, 重52 kg 。这可在保持不危险尺寸和姿势的同时，能在有楼 梯和台阶的人类环境中具有实用的机动性。也许这是展示仿生的双脚上下楼梯的第 一个机器人。这些本田拟人系列的机器人不是专门为娱乐目的而设计，而是作为整 个社会的人类帮手而设计。例如，本田公司把Asimo 的高度当作机器人能对人类环 境进行管理操作(如控制灯开关)的Z小高度。

双脚机器人一个重要的特征是它们具有类似人的外形。它们可以被制造成和人 相近似的尺寸，这使得它们在人机交互的研究中成为出色的运载工具。日本早稻田 大学制造的WABIAN-2R (图2.17)正是作这种研究的[255]。WABIAN-2R 被设计 成能够模仿人的运动 ， 并甚至设计成能够像人一样跳舞 。

双脚机器人只能在某些限制内静态地稳定。因此，像P2 和WABIAN-2R 这样的 机器人即使站着不动，通常也需要连续地进行伺服平衡校正。而且，各条腿都需要有足 够的容量以支撑机器人全部重量。在四腿机器人情况下，平衡问题随各条腿上的负荷 需求而变得容易解决。双腿机器人的 一个 出色设计是麻省理工学院设计的Spring Fla- mingo (图2. 18)。这个机器人与腿激励器相连，插入了弹簧，实现更有弹性的步态。通过与限制膝盖关节角度的“膝盖骨”相结合，Flamingo 实现了惊人的仿生运动。