仿生六足步行机器人又叫蜘蛛机器人，其借鉴了六足昆虫的三角步态爬行原理， 有良好的平衡感，进退自如，并且具备一定的跨越障碍能力。今天我们就搭建一台仿生六足步行机器人，这也是全国青少年机器人技术等级考试（二级）的最后一个实操训练项目。

搭建完成的仿生六足步行机器人

一、三角步态原理

不知道你有没有听说过虎甲，这是世界上跑得最快的昆虫，它每秒可以跑出自己体长171倍的距离，也就是说，假如虎甲和人一样大，那它的奔跑时速就是1000公里/小时，这是接近音速的速度。

虎甲有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。行走是以三条腿为一组进行的，即身体一侧的前足、后足与身体另一侧的中足为一组，形成一个稳定的三角形支撑，当这3足蹬在地面的时候，另外3足随即离地，准备向前替换着前进。这样虎甲的重心总是落在三角支撑范围之内， 虎甲在运动中可以维持良好的平衡，并且可以随时前进或停止前进。

虎甲

六足昆虫前、后、中三足的作用分析：

（1）前足：主要作用是抓紧地面，并拖动昆虫向前。

（2）后足：主要作用是蹬住地面，推动昆虫前进；同时也可以完成昆虫的转向。

（3）中足（另一侧的）：与对侧前、后足形成一个三角形支撑结构，可支撑身体另一侧，使昆虫在运动中维持平衡。

六足昆虫的三角支撑区域

二、三角步态在六足步行机器人设计中的运用

我们要搭建的六足步行机器人就是仿照六足昆虫的结构，将六足分布在身体两侧，假设把这六足分为A、B两组：

（1）A组：机器人左侧前足、后足，以及右侧中足。

（2）B组：机器人右侧前足、后足，以及左侧中足。

这样A、B两组分别组成两个平衡的三角形支架，依靠前、后足蹬地，中足维持三角形结构的平衡来行走，A、B两组足交替前进或后退，这就是我们今天要模拟的三角步态。

三、仿生六足机器人搭建过程

我们搭建使用的器材和之前一样，是青少年机器人技术等级考试一二级套件。搭建分为框架、核心组件、完善与调试三个阶段。

1、搭建六足机器人的身体框架

（1）首先，把电机固定在一个底盘框架上，并且固定好螺旋齿轮。

电机与螺旋齿轮组合

（2）其次，把电池固定在另一个底盘框架上，然后把两个底盘框架连接在一起，并固定结实，形成六足步行机器人的躯体，也就是我说的框架。

螺旋齿轮下面（图中轴穿过的地方）需要安装一个中齿轮。这样。螺旋齿轮可以带动中齿轮和轴一起旋转，轴则带动一对中足行走。

固定好的六足机器人身体

（3）俯视角度，中部的螺旋齿轮会带动下面的中齿轮旋转。

固定好的六足机器人身体俯视角度

2、安装中足的曲柄装置

（1）曲柄装置安装在中间的轴上，如下图，曲柄可以在轴的旋转力带动下做圆周运动，从而带动中足进行前后反复摆动。

中足位置的曲柄装置

（2）把中足（即摇杆）安装在曲柄上，中足一头固定在蓝色的机构上，以便得到一个支撑，这样中足撑地的时候可以借到力，不会打滑。这样一个曲柄摇杆就做好了。中足其实是一个曲柄摇杆，在曲柄的圆周运动带动下，中足做反复的前后摆动。

中足是一个曲柄摇杆

3、安装后足曲柄摇杆

通过一根连杆，连接中足和后足，中足和后足的摆动方向是相反的。这样中足前后摆动时，带动后足进行反向摆动，即中足接触地面的时候，后足刚好抬起；而后足触地时，中足则刚好抬起。

这样设计是因为本侧的中足和本侧的前后足并不是一组的，所以其摆动要相反。

中足和后足的摆动方向是相反的

4、安装前足曲柄摇杆

通过一根比较长的摇杆，连接前足和后足，后足前后摆动就带动前足前后摆动，前足和后足的摆动方向是一致的。

这样设计是因为本侧的前后足是一组的，所以要保证前、后足摆动的一致性。这样一侧的安装就完成了。

前足和后足的摆动是方向是一致的

5、安装另一侧中足

另一侧安装方式和上面的一样，但要实现我们这个六足步行机器人的三角步态，另一侧的曲柄，安装的时候方向一定要反过来。

仔细观察下图两侧曲柄的方向，为了清楚，我标注了方向箭头。这样两侧的中足运动轨迹也刚好是相反的。这样之前安装好那一侧的前、后足的摆动轨迹，和这一侧中足的摆动轨迹就一致了，三角形步态就简单的模拟出来了。

两侧曲柄的方向是相反的

6、安装另一侧前、后足

因为两侧中足方向相反，所以另一侧前、后足安装后，前、后足与对侧的前、后足也是相反的，但和对侧中足方向却是一致的。也就是说，另一侧前、后足的摆动轨迹，和对侧中足的摆动轨迹达到了一致，行走的时候，可以形成一个稳定的三角区域。

如图，两侧后足形成了一前一后，即一侧后足触地，则另一侧后足抬起。

两侧后足一前一后

7、六足步行机器人走动时的三角步态图解

将我们刚刚搭建好的六足步行机器人身体两侧的六足，分为A、B两组：

（1）A组：A组三足为内侧前、后足和外侧中足（下图三个红色圆圈标记），图中红色箭头范围是A组的三角形稳定支撑区域。

（2）B组：B组三足为外侧前、后足和内侧中足（下图三个蓝色圆圈标记），图中蓝色箭头范围是B组的三角形稳定支撑区域。

图中是A组的三足在做支撑，形成了一个稳定的三角结构，而B组的三足则抬起准备向前走，并在落下时替换A组。

A组的三足在做支撑，B组的三组抬起准备向前行走

8、六足步行机器人前进步态视频

视频加载中...

9、六足步行机器人后退步态视频

视频加载中...

我们这个简单的六足步行机器人搭建完成了。但通过上面前进和后退两个视频，我们会看到这个小机器人走得并不完美，不过还是完成了三角形步态的模拟任务，毕竟我们仅仅使用了一个电机来驱动。如果想要三角步态稍加完美些，需要至少两个电机分别操作这A、B两组机器腿。

其实严格来说今天搭建的不算一个机器人，毕竟连控制器都没有使用，但对于全国青少年机器人技术等级考试（二级）实操已经是够用了，这个实操只是锻炼孩子对曲柄连杆装置的搭建能力，以及对三角步态有一个初步的了解。

现在六足步行机器人已经比较成熟了，比如波士顿动力公司的瑞克斯六足步行机器人，它好像一只机械昆虫，它可以在沙地、泥地等崎岖的地面上稳定前进，甚至穿越陡坡。

瑞克斯六足步行机器人

而BladeBUG公司的六足爬行机器人可以快速地在风机叶片上进行巡检作业，从而将风机检查成本降低30%。

BladeBUG六足机器人在风机叶片上进行巡检作业

仿生六足步行机器人是全国青少年机器人技术等级考试（二级）最后一个实操训练，依靠一个电机模拟了三角步态，同时也复习了曲柄连杆装置的搭建。

全国青少年机器人技术等级考试已经开始报名了，考试时间为2021年9月12日，如果想参加考试，可以去中国电子学会考评中心官网的报考首页报名。

具体如何报名、如何选器材、买什么教材、怎么居家考试等问题，都可以参考我之前的两篇文章：

青少年机器人等级考试怎么报名、选器材、学习和考试？

全国青少年机器人技术等级考试（一级）经验分享（1）

我的更多关于全国青少年机器人技术等级考试文章，可以在我头条主页查看，谢谢大家的阅读，再见。