单腿机器人的优缺点：不需要协调，难是保持平衡

腿式机器人腿的数目Z少当然是1。有几个理由说明，使腿的数目尽量少是有益 的。身体的质量对行走机器是极其重要的，而1条腿使累加的腿的质量Z小。当机 器人有多条腿时，就要求腿之间须协调，1条腿就不需要这种协调了。也许Z重要的 是，单腿机器人使腿式运动的基本优点Z大化：在全跟踪的场合，如轮子一样，腿与地 面只有一个接触点。单腿机器人只需要一系列的单点接触，就能经受Z粗糙的地形。 而且，取一个跑步的起点，跳跃机器人可动态地跨过比它的步幅大的沟隙。而多腿不 能跑的行走机器人，只限于跨过与它的跨距一样大小的沟隙。

制造单腿机器人的主要困难是保持平衡。1条腿的机器人不仅不可能静态行走，而且当平稳不可能时，静态稳定也不可能。机器人需要主动地自我平衡，或者改变它的重心，或者给出校正力。因此，成功的单腿机器人需要能动态地稳定。

图2.13表示的是Raibert 跳跃机42,2647,它是已制作的Z有名的单腿跳跃机器人 之一。这个机器人通过调节相对于身体的腿角，不断地修正身体姿态和机器人速度。 激励是液压的，包括在立姿向空中跳跃期间腿的高性能纵向伸展。激励虽然是强有 力的，但这些激励器需要一个随时连接到机器人的大型的、外装的液压泵。

图2.14表示的是Z近研制开发的更高效能的结构[83,它利用了设计良好的机械 动力学83。它不用外装的液压泵供给能量，而是设计了弓腿跳跃机，当它着地时，利 用一根有效的弓形弹簧腿来获得机器人的动能。这个弹簧返回了几乎85%的能量， 这就意味着每次只需要添加所需能量的15%即可稳定跳跃。这个机器人用支架沿轴 受到约束，用装在机器人上的一组电池，已经展示能连续跳跃20 min 。和 Raibert 跳 跃机一样，弓腿跳跃机通过在髋关节改变相对于身体的腿角来控制速度。

Ringrose 的论文揭示了应用于单腿跳跃机的有关机械学和控制的非常重要 的对偶性。通常，精巧的机械设计与复杂的控制电路一样，可以执行相同的操作。在 该机器人中，其脚的物理形状正好是合适的曲线，因此当机器人非完全垂直着地时， 由碰撞产生合适的校正力，使机器人在下次落地时垂直。该机器人是动态稳定的，而 且是无源的。机器人与其环境之间的物理交互提供了校正，不用计算机或环路中的 任何有源控制。