编者按：为有效推动科学普及与科技创新两翼齐飞，营造尊重科学、崇尚创新的浓厚氛围，我们再次推出“科学家讲科学”系列科普讲座，在上一期邀请我省自然科学基金创新研究群体基础上，此次燕赵青年科学家项目负责人带来了他们各自研究领域基础科学知识，带你用好奇更新已知边界，用科学连接未来生活。让我们与省自然科学基金背后的专家面对面，与科学零距离，继续有料有趣的奇妙科普旅程！

　　今天我们一起走进燕山大学俞滨教授团队，解密足式机器人是如何利用液压来驱动的。

　　足式机器人仿生液压驱动

　　机器人可用以辅助甚至替代人类完成危险、繁重和复杂的工作任务，扩大或延伸人的活动及能力范围，已成为21世纪全球的热点研究方向。国家为分类推动机器人技术水平，正式实施了国标《机器人分类》，将足式机器人与轮式机器人、履带式机器人、蠕动机器人、潜游式机器人和飞行式机器人等并行列入机器人运动方式分类新标准。

　　

　　图1 燕山大学“科学家讲科学”科普讲座现场

　　足式生物自古以来就被人类作为农耕劳作、狩猎作战等生产生活的辅助。木牛流马和机械马等早期足式机械、《星球大战》和《变形金刚》等影视作品，也反映了人类对足式生物和移动机器人应用的兴趣。足式机器人以自然界亿万年进化而成的哺乳动物、足式爬行动物或昆虫等足式生物为仿生原型，与其他运动方式的机器人相比，具有足式生物与生俱来的移动灵活的优势，主要体现为足式机器人具有非连续足地支撑特点，对崎岖、松软等多种复杂地形有优异的适应性；足式机器人多支链冗余驱动的肢体结构，赋予了其运动灵活性与敏捷性，使其易于完成奔跑、爬楼梯、跳跃等多种复杂动作。

　　液压驱动是基于帕斯卡原理，具有强负重、高爆发和快响应等优势，在历次工业革命中发挥了重要作用，也是现今重载足式机器人等诸多高端移动装备不可或缺的一种重要驱动方式。仿生是从生物界获取、学习和模仿新思路、新原理，对飞机、汽车、船舶和机器人等高端移动装备的设计和控制，产生着重要影响。

　　

　　图2燕山大学俞滨教授

　　俞滨团队长期致力于足式机器人仿生液压驱动的设计与控制研究，现已形成诸多面向足式机器人机-电-液-控-传感等方向的国内外自主知识产权。在足式机器人仿生液压驱动方向的研究内容与进展，主要聚焦于液压内脏、液压肌肉、液压四肢、液压神经和液压触觉五个方面。

　　液压内脏：对照哺乳动物的内脏，根据功能进行模块划分，并进行合理布局。还需进一步优化其重心和血管分布，使其更紧凑、性能更优越，以更有效地安装在机器人的机身内部。

　　液压肌肉：对照哺乳动物的肌肉，研究肌肉和骨骼一体化设计，减少外接管道的影响，提升整体功重比。还需借鉴深海生物的抗压结构和哺乳动物骨骼的缓冲能力，进一步提升性能。

　　液压四肢：对照哺乳动物的四肢，研究肌肉布局和关节匹配，满足机器人速度、负重和越障的要求。还需借鉴哺乳动物前腿主要支撑和后腿主要发力的功能区别，使其在结构和功能上更加仿生。

　　液压神经：对照哺乳动物的神经，研究包含底层-中层-顶层的多层级控制方法，包括液压肌肉力/位控制、液压内脏闭环控制、腿部柔顺控制、腿部补偿、接触力控制、整机轨迹规划、状态估计等。还需探索自学习机制、条件反射机制，提升智能化程度。

　　液压触觉：对照哺乳动物的触觉，模仿骑马时简单触控指令，基于特定涂料的电场感应技术，初步实现了腿部控制。还需模仿哺乳动物的全腿触觉感应机制，通过腿部结构变形采集传感信息。

　　团队未来将继续研究，探索足式机器人、液压驱动和仿生学三者深入融合的新思路与新方法，进一步助力液压足式机器人的性能提升，推动机器人领域技术创新和应用研究取得长足进步。

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