四足机器人在稳定性、控制难易程度及制造成本等方面综合性能最佳[1],然而不同用途的四足机器人具有不同的腿部关节配置。如Boston Dynamic公司的四足机器人Little Dog[2]、意大利技术研究院的HyQ四足机器人[3]、美国MIT仿生机器人实验室研发的猎豹机器人[4]以及中国山东大学的液压四足机器人[5]等均采用内膝肘式。除此之外,Boston Dynamic公司还研发了其他不同的腿部关节配置的机器人,如LS3、猎豹、Wild Cat等。

然而,对于四足机器人而言,究竟哪种腿部关节配置稳定性更好,地形适应能力更强,目前还众说纷纭。虽然有些学者对四种腿部关节配置方式(内膝肘式、全膝式、全肘式、外膝肘式)进行了仿真分析[6-7],但大多是从静态稳定性、稳定裕度计算及能否满足行走的角度等单个评价指标来考虑问题,仿真结果并不十分令人满意。

基于此,为了综合衡量腿部关节配置对机器人性能的影响,选取行走性能、稳定性能、续航性能作为机器人性能衡量指标[8],对四种不同关节配置的虚拟样机进行仿真分析,获取综合性能指标。为了消除动力学仿真误差的影响,建立ADAMS优化模型,从机器人配置对性能的敏感度考虑,使结论具有普适性。

空调系统带来的影响在很大程度上阻碍了新能源汽车的发展，换句话说，想要使新能源汽车真正的实现全国推广，空调系统的优化问题必须解决，以下是新能源汽车空调系统智能化的设计研究：

1 虚拟样机仿真试验

1.1 三维简化模型

由于本文主要研究关节配置形式对四足机器人运动的影响,可采用简化的三维模型,减少冗杂结构又不失研究的一般性和完整性。躯干采用BOX特征,大小腿采用LINK特征,建立四种关节配置的四足机器人。其中肘式关节的关节顶点背向机器人前进运动方向。膝式关节的关节顶点指向机器人前进运动方向。如图1所示。

  

图1 四种关节配置的机器人模型

1.2 驱动函数

自然界中四足哺乳动物的步态种类繁多，如walk、trot、奔跑、溜蹄等,由于trot步态能耗最优且能实现小跑运动[9],所以采用符合四足哺乳动物肢体运动关系的正弦函数和半波函数对四足机器人trot步态下的髋关节和膝关节进行驱动,各关节驱动函数可根据CPG的相位关系求得。

1.3 仿真结果及讨论

对四种不同的关节配置依次进行仿真,设置仿真步数为500,时间为5 s,测量机器人行走中的位移、速度、俯仰角、横滚角等数据,并进行行走性能、稳定性能、续航性能的分析。

1.3.1 行走性能 通过仿真发现,四种机器人的位移和速度特性相差较大。在位移方面,内膝肘式和全肘式与规划位移相差较小,最佳与最差的相差约10%,差异化较为明显；在速度方面,四种机器人都经过了前期的加速阶段到后面相对稳定的速度过程,但是波动程度及波动中间值相差较大,其中内膝肘式和全肘式较佳。为了更加准确合理比较四种类型特性的差异,本文提出行走指数的概念,如式(1)所示,采用前进方向最大值表明机器人对预设行走距离的完成程度。

 

(1)

准确率(Accuracy)、查准率(Precision)、召回率(Recall)、F1、AUC(Area Under Curve)和ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线、KS(Kolmogorov-Smirnov)值都是评价模型好坏的指标，只是评测的侧重点不同，且各指标间有一定的关联。表3是二分类混淆矩阵。

1.3.2 稳定性能 通过仿真发现,俯仰角中,由于倾覆力矩的作用下四种机器人前后俯仰,全肘式和外膝肘式波动范围较大；在横滚角中,全肘式和外膝肘式波动范围达到10°；在偏转角中全膝式几乎没有偏转,效果最佳,另外三种波动范围均小于9°。为了定量地对比研究,本文采用位置保持度和姿态保持度来衡量其稳定性能。首先是位置保持度,机器人在竖直方向和横向方向上合位移表明了机器人对位置的保持程度；其次是姿态保持度,机器人躯干质心的三个旋转角表明了机器人对姿态的保持度,如式(2)所示。

 

(2)

由上面分析可知,一组速度、周期、腿部长度等结构运动参数确定后,会存在唯一确定的髋关节、膝关节运动幅值,说明幅值的变化对应着运动结构参数的变化,满足对机器人稳健性分析的条件,可以作为优化设计的变量。这样可以建立两个设计变量：1)髋关节幅值Ah,浮动范围4～12°；2)膝关节幅值Ak,浮动范围2～7°。

2)建立ADAMS优化模型，从机器人配置对性能的敏感度考虑，与全膝式机器人相比，内膝肘式对髋关节和膝关节幅值变化敏感度更低，因而更加稳健。

 

(3)

式中,为续航指数,Hi表示不同配置下机器人行走的能耗,i=1,2,3,4。

采用Plackett-Burman试验对影响因素进行显著性分析，各因素对龙牙楤木皂苷得率影响强弱顺序为：酶解 pH＞酶解温度＞盐添加量＞酶解时间＞酶添加量，因此试验选取酶解pH、酶解温度、盐添加量三个因素进行响应面优化试验，以龙牙楤木皂苷得率为考察指标，利用Box-Behnken建立三因素三水平数学模型。

1.3.4 最优关节配置 为了对不同的指标、性能进行合理降维，利用层次分析法[10]求取每个性能指数的相对权比系数,从而将各指数综合为一个评价标准。由表1分析可知,在四种关节配置形式中,性能总指数由高到低的排列依次为全膝式、内膝肘式、全肘式、外膝肘式。在一定程度上说明,全膝式、内膝肘式性能较佳,全肘式、外膝肘式较差。但是这个结论是建立在特定驱动参数等情况下的,结论稳健性不足,为了解决相关问题,下面建立优化模型,研究机器人对驱动参数变化的敏感度,从而得到更具普适性的结论。

（四）能培养学生心理健康的素质。教师在语文教学中有意识的借助教学手段，对培养学生的健康心理，完善学生心理素质能起到十分重要的作用。

 

表1 机器人总性能指数对比

  

关节配置形式行走指数稳定指数续航指数总指数内膝肘式0．270．210．320．26全膝式0．240．480．310．31全肘式0．260．170．200．23外膝肘式0．230．140．170．20

2 虚拟样机优化模型

2.1 设计变量

[4] Seok S,Wang A,Chuah M Y,et al.Design principles for highly efficient quadrupeds and implementation on the MIT cheetah robot[C].2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).IEEE,2013:3307-3312

cos(θ+Ak)=(l2cosθ-h)/l2

(4)

其中h是机器人的抬腿高度，θ为静态稳定位置处关节夹角，l2为机器人小腿长度。

式中,为位置保持度,为姿态保持度,为稳定指数,Pi、Gi分别表示不同配置下非运动方向总位移和姿态角之和,i=1,2,3,4。

2.2 优化结果及讨论

优化模型的整体思路是在控制变量的原则下,控制一个变量在允许的变动范围内按照设置的递增规律进行离散化的取值分别进行模型仿真,从而得到每种机器人对相关变量变化的敏感度,如若变量变化相同,待测量浮动越大表明越敏感,甚至出现运动的失真,即机器人普适性差。将前进方向最大值作为考察目标,其优化仿真结果如图2—图3所示。

在优化设计的试验中,机器人在不同设计变量的取值下会出现不同程度的运动变化,其中外膝肘式和全肘式都出现了不同程度的运动失真。内膝肘式机器人的前进方向最大值仅为全膝式机器人的前进方向最大值的57%,表明在髋关节和膝关节幅值变化过程中,内膝肘式较为稳健,对变化的敏感度较低,从而得出内膝肘式是较佳的关节配置形式。

  

(a) 髋关节 (b) 膝关节图2 内膝肘式机器人各关节对幅值的敏感曲线

  

(a) 髋关节 (b) 膝关节图3 全膝式机器人对各关节幅值的敏感曲线

3 结 语

1)在特定工况下利用ADAMS简化模型仿真结果进行综合分析，得出：内膝肘式和全肘式具有较佳的行走性能、稳定性能、续航性能和综合性能。

1.3.3 续航性能 四足机器人在动态行走过程中,其消耗的能量主要为驱动各关节转动所需的能量。机器人能量消耗的大小直接决定了机器人的续航能力。对于八个关节电机的能耗,各关节在腿部处于支撑相时具有较大的能耗,而悬空相消耗能量较小,这与支撑相时地面接触力及机器人自身重力有关,而悬空相主要是克服腿部重量做功。本文提出续航指数来表明不同种类机器人的差异,如式(3)所示,续航性能的优良可以用机器人在一定时间内的耗能来表示。

杨秉奎:“小曲,你来得正好!这上海的女学生,我劝张连长收到他的连,张大连长不给我面子。你看怎么办吧。”

参考文献:

[1] Hirose S,Kato K.Study on quadruped walking robot in Tokyo institute of technology-past,present and future[C].Proceedings ICRA′00,IEEE International Conference on Robotics and Automation.IEEE,2000:414-419

[2] Rebula J R,Neuhaus P D,Bonnlander B V,et al.A controller for the littledog quadruped walking on rough terrain[C].2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation.IEEE,2007:1467-1473

[3] Semini C,Tsagarakis N G,Vanderborght B,et al.HyQ-Hydraulically actuated quadruped robot:Hopping leg prototype[C].2nd IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics.IEEE,2008:593-599

按照两个关节驱动函数的曲线特征,膝关节的运动对四足机器人的步长没有贡献,机器人的步长由髋关节运动决定。根据四足机器人的速度和运动周期可求得髋关节摆动幅值Ah[11-12]。膝关节运动的主要贡献是抬高摆动足端高度。为了避免机器人运动时摆动腿出现拖地、绊跌等问题,摆动腿足端离地高度应该始终大于0。根据下式可以求得膝关节摆动幅值Ak。

[5] 柴汇,孟健,荣学文,等.高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J].机器人,2014,36(4):385-391

1.4 统计学处理 采用 SPSS 16.0 软件进行统计学分析。呈正态分布的计量资料采用 ±s 表示，吻合模拟训练前后数据的比较采用配对样本 t 检验，机器人手术与腹腔镜手术吻合时间的比较采用两独立样本 t 检验。呈偏态分布的计量资料采用中位数（范围）表示，吻合模拟训练前后数据的比较采用Wilcoxon 符号秩检验。检验水准（α）为 0.05。

[6] 李贻斌,李彬,荣学文,等.液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J].山东大学学报(工学版),2011,41(5):32-36

式中,为行走指数,Si表示不同配置下机器人行走的最大位移,i=1,2,3,4。

[7] 韩宝玲,李欢飞,罗庆生,等.四足机器人腿型配置的仿真分析与性能评价[J].计算机测量与控制,2014,22(4):1163-1165

[8] 章永年,王美思,吴阳,等.五连杆足式机器人腿部机构多目标优化算法[J].农业机械学报,2016,47(10):398-404

作为整个学校的信息服务中心的图书馆来说，图书馆的知识服务要求更为严格，潜在的知识挖掘和数据分析等服务已经萌芽[5]，医学院校图书馆在大数据方面有很大优势，由于医学院校的专业相对单一，各种结构化数字文献，文献检索及资料查新，实验仪器和实验数据等半结构化、非结构化数据，都符合大数据的要求，为了更好的将图书馆的服务价值从单一化过渡到多元化，要展开多元的理性思维，将传统的学理性服务研究向技术性范式转变[6]。大数据时代能满足读者和用户需求，帮助读者和用户在海量的信息中快速的检索出对自己需求的信息。

恒生电子，同花顺，金证股份等国内的大型软件厂商在金融类软件系统领域投入很多资源进行设计和开发，在数据的交互、传输、存储等方面的架构设计和开发上较为周密和严格，而架构中的安全性设计，更是设计的重中之重，可见保障金融类软件系统的网络通信安全十分重要。

[9] 孟健,李贻斌,李彬.四足机器人对角小跑步态全方位移动控制方法及其实现[J].机器人,2015,37(1):74-84

[10] 袁尚南,强茂山,温祺,等.基于模糊层次分析法的建设项目组织效能评价模型[J].清华大学学报(自然科学版),2015(6):616-623

[11] 张锦荣,王润孝.基于虚拟样机技术的四足机器人仿真研究[D].西安：西北工业大学,2007

3）切实提升调和油技术的应用水平。目前，船用低硫燃油的生产加工方式有3种：一是通过加工低硫原油生产低硫重质燃料油；二是调和加工低硫燃油；三是炼厂增投渣油加工装置生产低硫燃油。整体来看，调和加工方式的产品是未来几年船用低硫燃油的主要来源，通过将低硫原料和高硫原料按规定比例调兑，生产出符合国际海事组织要求的低硫燃油。这种方式最为简单和直接，也是新加坡作为全球船舶加油中心的核心优势之一。某种意义上，调和技术水平的高低不仅决定了燃油质量，也体现了船供油公司核心竞争力的高低。船供油公司应加强调和技术的经验积累和研发，努力在调和技术上取得领先和突破。

[12] 辛玉红，杨庆凤，王翠红.基于层次分析法的四足机器人关节配置研究[J].金陵科技学院学报，2017(4)：27-30