国家出版基金项目 | 面向越障能力的六足机器人机构尺度设计

在废墟瓦砾间穿梭、陡峭山坡上攀爬、泥泞沼泽中前行，这些复杂地形对传统轮式或履带式机器人而言，往往是难以逾越的障碍。而六足机器人凭借仿生多足结构，展现出地形适应能力强、稳定性高、容错性强等独特优势，正逐步成为复杂环境探测、工业巡检、灾害救援等领域的“尖兵”。

目前，针对六足机器人的研究主要集中在环境感知、运动规划、智能控制、人机协同和移动加工等领域。机械系统作为感知和控制系统的载体，对六足机器人的性能表现具有至关重要的影响，是六足机器人执行作业任务的基础。因此，合理的机构设计是开发高性能六足机器人的前提，也是实现六足机器人自主作业和智能控制的基础。当前在六足机器人机构设计方面的研究相对较少，并且主要集中于构型设计。构型设计是根据作业任务需求，设计六足机器人的整机形态和腿部机构中的支链数目、运动副种类及连接顺序等。除了构型设计，机构尺度设计对提升六足机器人的性能表现也具有重要意义。

因此，《面向越障能力的六足机器人机构尺度设计》重点探讨六足机器人的机构尺度设计问题，提出一种面向越障能力的六足机器人机构尺度综合方法。该书研究的目标是开发用于工业环境下执行巡检探测任务的六足机器人，设计六足机器人的构型，并开展面向越障能力的机构尺度综合研究。六足机器人面对的是复杂地形环境，主要包括楼梯、沟渠和台阶等障碍。在满足地形适应能力的基础上，六足机器人需合理配置主动驱动自由度的数量，降低系统的机械复杂度、控制复杂度、能量消耗和加工制造成本，提高系统的可靠性。根据六足机器人作业环境和越障能力的要求，本书首先从功能需求出发设计六足机器人的整机构型，然后根据越障能力指标设计六足机器人的机构尺度。

六足机器人整机构型、坐标系定义和腿部编号

面向越障能力的六足机器人机构尺度综合过程包括三个主要步骤：首先，确定满足越障能力要求的腿部机构尺度和机身尺度的参考范围；其次，解析计算机身工作空间和腿部机构工作空间的边界；最后，利用机身和腿部机构的协同运动，验证和评估六足机器人的越障能力。本书的研究工作将为面向越障能力的机器人机构尺度综合提供一种可行的理论参考与实践路径，以期提升设计效率，缩短迭代试错的过程。

六足机器人的形态转换

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面向越障能力的六足机器人机构尺度设计购买

齐臣坤, 高峰, 李化洋著

北京: 科学出版社, 2026. 3

(智能机器人基础理论与关键技术丛书)

ISBN 978-7-03-083873-5

《面向越障能力的六足机器人机构尺度设计》由上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动全国重点实验室齐臣坤、高峰与北京临近空间飞行器系统工程研究所李化洋共同撰写。全书共6章：

◆ 第1章综述国内外六足机器人越障能力与机构尺度综合研究现状。

◆ 第2章完成整机与并联构型腿部机构的设计，在保证稳定性和地形适应能力的前提下减少驱动数量、降低系统复杂度，并建立腿部与机身的运动学模型。

◆ 第3章通过分析越障过程中足端工作空间、稳定裕度及干涉约束与越障指标的关系，求解机身与腿部机构的尺度参考范围，并揭示尺度对机身位姿调整能力的影响规律。

◆ 第4章提出机身位置工作空间边界的解析计算方法，高效获取机身相对于工作空间边界的位姿调整范围，为协调机身与腿部运动提供依据。

◆ 第5章结合足端工作空间、稳定裕度、干涉约束及机身工作空间解析边界，优选足端支撑位置并规划协同运动序列，通过仿真与样机实验验证机构尺度设计的可行性与越障能力。

◆ 第6章以膝关节朝向可调的变形态六足机器人为例，建立机构尺度与典型地形（沟渠、低矮空间、障碍物、台阶/楼梯）的匹配关系，绘制性能图谱并通过仿真与实验验证设计有效性。

本书可供从事机械设计和机器人相关专业研究的大学教师、研究人员、工程技术人员、硕士与博士研究生阅读和参考。

本文摘编自《面向越障能力的六足机器人机构尺度设计》（齐臣坤,高峰, 李化洋著. 北京: 科学出版社, 2026. 3）一书，有删减修改， 标题为编者所加。

国家出版基金项目

“十四五”国家重点出版物出版规划项目

智能机器人基础理论与关键技术丛书

为深入贯彻落实《“十四五”机器人产业发展规划》，加快推动机器人产业高质量发展，持续促进我国科研成果知识产权保护和研究成果示范推广，科学出版社策划出版了“十四五”国家重点出版物出版规划项目“智能机器人基础理论与关键技术丛书”。本丛书集中展现了我国学者在智能机器人领域的自主创新研究成果，内容涵盖基础前沿技术、新一代机器人、关键共性技术、工业机器人、服务机器人、特种机器人等研究方向，对机械、自动化、信息技术尤其是机器人领域的广大科研人员、高等院校师生具有重要的参考价值。

（本文编辑：刘四旦）