人形机器人腿部构型研究的历史、现状与展望
丁宏钰1,2 石照耀3 付春江4
1. 广东海洋大学 机械与能源工程学院，广东 阳江 529500；
2. 广东海洋大学 深圳研究院，广东 深圳 518116；
3. 北京工业大学 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124；
4. 深圳市优必选科技股份有限公司 人形机器人创新中心，广东 深圳 518052
History, Present Situation and Prospect of Research on Leg Configuration of Humanoid Robot
DING Hongyu1,2 SHI Zhaoyao3 FU Chunjiang4
1. School of Mechanical and Energy Engineering, Guangdong Ocean University, Yangjiang 529500, Guangdong, China;
2. Shenzhen Research Institute, Guangdong Ocean University, Shenzhen 518116, Guangdong, China;
3. Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
4. Humanoid innovation center, UBTECH Robotics, Inc., Shenzhen 518052, Guangdong, China
摘要：
人形机器人的运动性能还没有全面达到人类的水平，是影响其大规模产业化应用的因素之一，这不仅是由于控制算法的限制，也受到机械结构设计的制约，尤其是腿部构型在很大程度上决定了机器人的动态平衡性、负载能力和能源效率。研究了国内外人形机器人腿部构型的起源与发展历程，目前，人形机器人的腿部构型主要分为串联、并联和串并联三种形式，其结构特性直接影响运动表现。分析了串联、并联和串并联构型，并比较其性能特点：串联构型工作空间大、灵活性高，但由于关节传动链较长，刚度相对较低，影响承载能力；并联构型刚度高、动态响应快，但运动范围受限；串并联构型则结合了前两者的优势，具有较好的刚度和灵活性，近年来逐渐成为研究热点之一。讨论了腿部构型研究的技术难点、热点，指出了发展趋势：腿部从采用单一串联构型向使用并联和串并联构型方向发展；腿部驱动器由刚性驱动器向弹性和准直驱驱动器方向发展；腿部采用旋转驱动器向旋转和直线驱动器并用方向发展；由位置控制向力矩控制和力位混合控制方向发展。研究对于推动人形机器人的技术进步和产业落地具有重要意义。
