腿式機器人腿的數目Z少當然是1。有幾個(gè)理由說(shuō)明，使腿的數目盡量少是有益 的。身體的質(zhì)量對行走機器是極其重要的，而1條腿使累加的腿的質(zhì)量Z小。當機 器人有多條腿時(shí)，就要求腿之間須協(xié)調，1條腿就不需要這種協(xié)調了。也許Z重要的 是，單腿機器人使腿式運動(dòng)的基本優(yōu)點(diǎn)Z大化：在全跟蹤的場(chǎng)合，如輪子一樣，腿與地 面只有一個(gè)接觸點(diǎn)。單腿機器人只需要一系列的單點(diǎn)接觸，就能經(jīng)受Z粗糙的地形。 而且，取一個(gè)跑步的起點(diǎn)，跳躍機器人可動(dòng)態(tài)地跨過(guò)比它的步幅大的溝隙。而多腿不 能跑的行走機器人，只限于跨過(guò)與它的跨距一樣大小的溝隙。

制造單腿機器人的主要困難是保持平衡。1條腿的機器人不僅不可能靜態(tài)行走，而且當平穩不可能時(shí)，靜態(tài)穩定也不可能。機器人需要主動(dòng)地自我平衡，或者改變它的重心，或者給出校正力。因此，成功的單腿機器人需要能動(dòng)態(tài)地穩定。

圖2.13表示的是Raibert 跳躍機42,2647,它是已制作的Z有名的單腿跳躍機器人 之一。這個(gè)機器人通過(guò)調節相對于身體的腿角，不斷地修正身體姿態(tài)和機器人速度。 激勵是液壓的，包括在立姿向空中跳躍期間腿的高性能縱向伸展。激勵雖然是強有 力的，但這些激勵器需要一個(gè)隨時(shí)連接到機器人的大型的、外裝的液壓泵。

圖2.14表示的是Z近研制開(kāi)發(fā)的更高效能的結構[83,它利用了設計良好的機械 動(dòng)力學(xué)83。它不用外裝的液壓泵供給能量，而是設計了弓腿跳躍機，當它著(zhù)地時(shí)，利 用一根有效的弓形彈簧腿來(lái)獲得機器人的動(dòng)能。這個(gè)彈簧返回了幾乎85%的能量， 這就意味著(zhù)每次只需要添加所需能量的15%即可穩定跳躍。這個(gè)機器人用支架沿軸 受到約束，用裝在機器人上的一組電池，已經(jīng)展示能連續跳躍20 min 。和 Raibert 跳 躍機一樣，弓腿跳躍機通過(guò)在髖關(guān)節改變相對于身體的腿角來(lái)控制速度。

Ringrose 的論文揭示了應用于單腿跳躍機的有關(guān)機械學(xué)和控制的非常重要 的對偶性。通常，精巧的機械設計與復雜的控制電路一樣，可以執行相同的操作。在 該機器人中，其腳的物理形狀正好是合適的曲線(xiàn)，因此當機器人非完全垂直著(zhù)地時(shí)， 由碰撞產(chǎn)生合適的校正力，使機器人在下次落地時(shí)垂直。該機器人是動(dòng)態(tài)穩定的，而 且是無(wú)源的。機器人與其環(huán)境之間的物理交互提供了校正，不用計算機或環(huán)路中的 任何有源控制。