Bigdog机器狗运动规律建模与3D仿真(4)
面上进行重物运输；在极限环境中代替人类进行工作等。
现有步行机器人的足数分别为单足、双足、三足、四足、优尔足、八足甚至更多，
其中偶数占绝大多数，因为就直线运动来说，偶数足能产生有效的步态。四足步行机
器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比优尔足、八足步行机器人的结
构简单,易于控制。此外，四足步行机器人既能以静态步行方式实现不平地面及复杂
地形上的行走，又能以动态步行方式（步行过程任意时刻均少于三条腿同时处于支撑
状态的步行方式）实现高速行走，因而更加受到各国研究人员的重视。
BIGDOG是一个由DARPA赞助，由波士顿动力公司开发的四足机器人。BIGDOG
的控制系统能够提供动力，驱动，传感，控制和通信。电源供应采用水冷式二冲程内
燃机，它能提供约15马力。该发动机驱动液压泵通过包括过滤器，歧管，蓄电池和
其他管道在内的一个系统，将高压液压油提供给机器人的腿部驱动器。驱动器是由两
个航天质量的伺服阀控制的低摩擦调节液压缸。每个驱动器都包含位置传感器和动力
传感器。每条腿有4个液压驱动器提供动力，能够实现5级的被动自由度。在BIGDOG
的机体中，有一个换热器来冷却液压油，以及一个散热器来冷却发动机，以保证机器
人能持续的工作。
控制系统控制BIGDOG的行为，管理传感器，并处理与人类操作员的远程通信。
控制系统还大量记录了工程数据量，以用于之后的性能分析，故障分析和业务支持。
BIGDOG大约有50个传感器。惯性传感器测量车身角度和车身加速度，关节传感
器测量运动和驱动器在关节上的工作力。控制计算机从这些传感器收集信息，来估计
BIGDOG如何在空间中移动。其它传感器监视Bigdog的动态平衡：包括液压压力，流
量，温度，发动机转速和温度，等等。
控制计算机同时执行低级和高级控制功能。低级的控制系统控制关节的位置和
力。高级的控制系统依照速度，角度和运动中身体的高度来协调控制腿的动作。控制
系统还协调地面的反作用力来实现对机体的支持，推进和牵引。BIGDOG具有多样化的运动方式。它可以站立、蹲下、爬行、一次只动一条腿的
在楼梯上行走，以及较快速的对角小跑。其匍匐爬行的移动速度约为0.2米/秒，小
跑速度约1.6米/秒（5.76千米/时），疾跑快步速度约2米/秒（7.2千米/时），而在
实验室测定时，BIGDOG简单的超越了3.1米/秒（11.16千米/时）。
BIGDOG重约109公斤（240磅），身高约1米，长1.1米，宽0.3米。
通过操作员控制装置（OCU）与BIGDOG间的IP广播，一个操作员可以对BIGDOG
进行通信控制。操作者利用OCU提供高层次的行动规划和输入速度引导机器人沿着它
的路径运行，控制它的行驶速度。操作员也能控制机器人的各种动作，包括启动或停
止发动机、站起来、蹲下、行走、小跑或慢跑。通过使用了一个可视化的显示界面，
操作员的操作和工程数据是可见的。操作者只需提供高层次的输入，BIGDOG的车载
控制系统会自动控制腿的运行，保证在粗糙地形上的稳定性，和对外部干扰进行反应。
另外，随着D3D仿真技术的发展，使用三文动画对机器人进行模拟仿真成为一种
行之有效的直观方法。当前D3D仿真技术包括：
（1）建模，是动画师根据前期的造型设计，通过三文建模软件在计算机中绘制
出角色模型。这是三文动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和场景中出现的物