收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(二)

收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（二）第三、克兰连杆机构（Crane Linkage）

克兰连杆机构是一个六杆机构，相对于四杆的切比雪夫机构有着更好的受力性能。

其一般被用作仿生蜘蛛，拥有急回特性。

1、单个克兰连杆

2、四腿行走机构（四个克兰机构）

3、六腿行走机构（六个克兰机构）

第四，RPRPR支腿机构

第五，Tokyo Institute of Technology支腿机构

第六、缩放腿机构

第七、八杆腿机构

第八、Trotbot腿机构

使用乐高积木搭建的Trotbot腿机构机器人

在国外网站上搜到的大型Trotbot腿机构的机器人

第九、Plantigrade腿机构

第十、Ghassaei行走机构（4腿）

6腿Ghassaei行走机构

第十一、Jansen 连杆机构

是由Jansen发明的，用于模拟平稳行走，Jansen利用这种连杆制造了著名的海滩

巨兽，这种连杆兼具美学价值和技术优势，通过简单的旋转输入就可模仿生物行走

运动，这种连杆已经用于行走机器人和步态分析。图为单个Jansen 连杆机构。

2腿Jansen行走机构

4腿Jansen行走机构

6腿Jansen行走机构

瑟·严森（Theo Jansen）

出生于1948年，荷兰动能艺术家。瑟·严森求学于代尔夫特理工大学物理系，后

转为学习绘画。20世纪80年代因“飞行UFO项目”成名。20世纪90年代开始“海

滩野兽”系列动能艺术项目，在世界各地做展。严森上世纪70年代毕业于荷兰的

代尔夫特理工大学物理系。那时正值“嬉皮士年代”，深受嬉皮士文化影响的严森开

始转行学习艺术。20世纪80年代末，他开始给一家杂志社写专栏，每天都要尝

试用不同的眼光来看待世界，寻找看现实的新颖的角度。“海滩怪兽”最初就出现在

他的笔下。他构思了这样一个动物，一个能够在海滩上独立生存的简单“生物”。对

于“海滩怪兽”，严森最初的想法是建造一些能够采集沙子，搭建沙丘的机器人，这样，当海平面上升时，这些机器人就可以拯救人类不被海水淹没。半年后，他开始利用塑料管建造这些“怪兽”。

杨森采用平凡的PVC等材料，通过精确运算，近30年，几乎以一己之力，在荷兰海边反复实验，创造出自行扑食、运动的新生命体。他的行动呈现出个体的想象力与可能性。科学的艺术性，感性与理性的均衡。引发人们重新反思对恒心，或者说对意义与生命和时间的理解。也对已有的知识和概念提供了革命性的新视角。对于生物学、宗教和艺术都拓展出新的疆域。对于如何作出生活选择、理解自我和自然、衡量追求理想的心态等处世态度，做出了具有启示性的贡献。

荷兰海滩怪兽的Jansen行走机构

这些“怪兽”的“细胞”不过是一些简单的黄色塑料管，顶多就加上一个“脑袋”，—一

个塑料柠檬汁瓶子。

在它们的身体中央，往往带有一个可转动的“脊椎”。“脊椎”转动能牵动每根脚趾，

并引起一系列复杂运动。这其中最关键的就是12根决定脚趾运动方式的塑料管。

不同的“怪兽”，这些塑料管的间距也不同，将这些间距标注出来，能得到11个数字。严森将其看成是怪兽的基因。“这些基因符号是11个数字。我将之称为11个

神圣的数字。”严森说。

怪兽的“腿”和“脚”如同车轮，它们也由塑料管搭建。“和普通的车轮一样，车轮的轴

停留在同一水平线上，髋关节也停在同一水平线上。”

怪兽还有各种“器官”，让它可以躲避天敌和环境的危险。“鼻子”就是这样一个设置。平时，怪兽都走在柔软温湿的海滩上，鼻子对着风的方向，当遇到海水或干的沙子的时候，它便会立刻停下来反方向行走。海滩上最大的危险就是海水，“它们很容

易被淹死”，严森笑说。他给“海滩怪兽”们增添了感知海水的能力，所谓的感应器

也不过就是一个小瓶。连接小瓶的管道平时触地吸入空气，但一旦吸入水时就会排斥，发出呲呲的声音，这就是遇到危险的警告，怪兽便会立即掉头回去。当暴风雨来临时，大风会驱动鼻子像打桩机一样打桩，将整个身体都固定在沙子里，以防被风暴吹走。

神经组织类似计算机

“怪兽”的大脑是由“神经细胞”，—柠檬汁小瓶组成的。这大脑虽然简单，可运作基

本原理却和计算机一样。计算机依靠电流的有无进行2进制的运算，对“怪兽”来说，空气扮演了电流的角色。有风吹过时，小瓶感受到压力，无风的时候，则没有压力。

依靠这个因素，“怪兽”的“大脑”也在进行着2进制的运算。严森说，今后这些“怪兽”还可以演化出“测时”机制，与海潮涨落同期进行。这样，它们就可以知道什么时候海潮会来，可以及时躲到沙丘里去。

因为可以进行2进制的计算，“怪兽”的“大脑”中还带有一个步伐计数器，可以计算走了几步，感知自己面对大海的方位，为自己勾画出“世界”的形象。

严森说，人类对世界的认知是十分复杂的，但对于“海滩怪兽”来说，认知却极其简单，—一侧是海洋，一侧是沙丘。这么一来，如此简陋的“神经细胞”一样可以运作良好。

在一些怪兽身上，还带有简单的“胃”，可以储存风能。一旦风停了，又正好遇到涨潮，这些剩余的风能足够驱动怪兽逃回沙丘避难。“这些怪兽是按照基因解码演化的族群，有优势的基因就会复制繁衍下来。”严森称，因为这些怪物的设计是按照基因算法而来的。因此，最成功的家族成员们在今后会将基因符号延续下去。

Jansen行走机构的动能艺术

作为学科学出身的严森，他的头脑中先行产生了很多关于生命思考的理论，如对称性、繁殖、进化顺序等等，这背后都有着一系列的机械原理，将其运用到艺术创作中来，就成为了一种特殊的艺术形式：“动能艺术”。严森已经完成了“海滩怪兽”构想中的最基本功能，如独立行走，躲避天敌，繁衍生命，随着演化的进行，这些怪兽越来越得以离开人的帮助，生存技巧越来越强，严森在主页上写道：“我希望有一天这些动物可以在海滩上成群生活，过自己的日子。”

Theo Jansen发明的海滩怪兽身上最重要的部位，就是它们的“仿生腿”（Jansen 连杆机构）。在经历过无数次对动物的行走姿态观察，与上万次的电脑测算之后，泰奥·杨森终于找到了一个最优的方案，让这些软管构架起来的怪兽腿部，可以以最高效的姿态模仿动物的腿部进行行走。这样的“仿生腿”，最重要的是要确保最下端的足部，在行走的环节保持相当长一段时间的匀速直线。

每一只“仿生腿”，都又是利用了基本的三角桁架结构，还有黄金比例的几何学。

泰奥·扬森把实验后所得的比例称为“13个神圣数字”。而这13这个数值指的就是

脚上每个关节骨架的长度，他们之间相对应的比例关係让整体行动起来流畅自如。

Theo Jansen 的工作间