基于猫的神经生理学实验，日本科学家研发机器猫( 二 )

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图 | 四足机器人的腿部设计。（A）腿有三个自由度。（B）腿的详细机制。（来源：FrontiersinNeurorobotics）
四足机器人的控制系统，则是由一个用于 BLDC 电机的低级控制器和一个再现肌肉特性和反射的高级控制器组成。为了模拟四足动物的步行，研究人员将四足动物的腿部肌肉模拟简化为以下模型。这一模型由模拟髋关节（Hipjoint）、伸髋肌（hip extensor）、髋屈肌（hipflexor）、膝踝伸肌（knee-ankleextensor），膝踝屈肌（knee-ankleflexor）和脚趾（Toe）的元素组成。

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图 | 在四足机器人上的腿部肌肉模型（来源：FrontiersinNeurorobotics）
此外，研究人员还制定了一个反射电路模型，该反射电路模型可以模拟髋关节和膝 - 踝伸肌之间的相互兴奋性反射、膝 - 踝伸肌的自兴奋性反射以及膝 - 踝屈肌到髋伸肌的抑制性反射。
四足机器人的步行实验
在准备好四足机器人的各项工作之后，研究人员对四足机器人进行了几项试验。首先，研究人员使用四足机器人进行了步行实验。在步行实验开始时，研究人员使机器人的每条腿保持在静止状态，并将其放在跑步机上以激活反射回路。试验发现，即使没有中央节奏发生器或模式发生器，四足机器人也能产生稳定的步态。下图 8 显示了机器人的步态图。图中的 RF、LF、RH 和 LH 分别代表右前腿、左前腿、右后腿和左后腿，彩色区域表示地面接触。结果表明，每条腿的触地时间是随着时间逐渐调整的。在试验开始 4 秒钟后，右前 - 后退（RF-RH）和左前后腿（LF-LH）的触地时间表现区域相同，这表明，四足机器人开始形成了步伐。

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图 | 步态图。 RF、LF、RH和LH分别代表右前腿、左前腿、右后腿和左后腿，彩色区域表示地面接触（来源：FrontiersinNeurorobotics）

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图 | 右后腿的脚趾轨迹。脚的位置基于x轴髋关节和z轴地面的相对位置（来源：FrontiersinNeurorobotics）
上图则显示了从 6.95 秒开始，当右腿触地时相对于髋关节（在 x 轴）和地面（在 z 轴）的脚趾位置。箭头表示脚趾运动的方向。可以看出，所设计的反射回路在无需预先设计的轨迹的情况下，可以自主产生步行轨迹。