High-Degree-of-Freedom Lightweight Bioinspired Leg for Enhanced Mobility in Small Robots
作者: Haoqi Han, Yifei Yu, Jiaming Zhang, Xinru Cui, Linxi Feng, Hesheng Wang
分类: cs.RO
发布日期: 2026-06-17
期刊: 2026 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2026)
💡 一句话要点
提出一种新型微型平行腿机制以解决微机器人运动能力不足的问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 微型机器人 平行腿机制 运动学分析 生物启发 高自由度 轻量化设计 昆虫运动
📋 核心要点
- 现有微机器人在空间限制下，腿部机制的自由度不足，导致运动能力受限。
- 本文提出一种新型微型平行腿机制，采用四个自由度设计，灵感来源于昆虫的运动方式。
- 实验结果显示，该机制在运动灵活性上表现优异，具有广泛的应用潜力。
📝 摘要（中文）
在微机器人领域，如何在严苛的空间限制下通过增加腿部机制的自由度（DoF）来增强运动能力仍然是一个重大挑战。本文受到昆虫运动的启发，提出了一种具有四个自由度的新型微型平行腿机制，并系统分析了其机械设计、电气系统和运动学。该设计采用两个球形五杆连杆实现平行四杆结构中的空间运动。此外，采用同心设计策略简化了腿部运动学的解析解。由于平行系统架构，所有执行器均位于主体上，相较于传统高自由度腿结构显著降低了运动部件的等效惯性。系统总质量仅为18.9克，末端执行器输出力约为0.5牛顿，工作空间超过22255立方毫米。实验结果表明，所提出的单腿机制实现了优异的运动灵活性，突显其在微型生物启发机器人中的潜力。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决微机器人在空间限制下腿部机制自由度不足的问题，现有方法在运动能力和灵活性上存在显著不足。
核心思路：论文提出的解决方案是设计一种具有四个自由度的微型平行腿机制，通过模仿昆虫的运动方式来增强运动能力。
技术框架：整体架构包括机械设计、运动学分析和电气系统，采用两个球形五杆连杆实现空间运动，并通过同心设计简化运动学解析。
关键创新：最重要的技术创新在于平行系统架构的应用，使所有执行器集中在主体上，显著降低了运动部件的等效惯性，与传统高自由度腿结构相比具有本质区别。
关键设计：设计中关键参数包括腿部的自由度设置、执行器的布局以及运动学解析的简化策略，确保了系统的轻量化和高效能。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提出的单腿机制在运动灵活性上表现出色，末端执行器输出力约为0.5牛顿，工作空间超过22255立方毫米，显示出相较于传统设计的显著提升。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括微型机器人、医疗器械、环境监测等，能够在狭小空间内进行灵活运动，具有重要的实际价值和未来影响。随着技术的进步，该机制有望在复杂环境中执行多种任务，推动微型机器人技术的发展。
📄 摘要（原文）
In microrobotics, enhancing locomotion capabilities by increasing the degrees of freedom (DoF) of leg mechanisms under severe spatial constraints remains a significant challenge. Inspired by insect locomotion, this paper presents a novel micro-scale parallel leg mechanism with four degrees of freedom, and systematically analyzes its mechanical design, electrical system, and kinematics. The design incorporates two spherical five-bar linkages to achieve spatial motion within a parallel four-bar configuration. Furthermore, a concentric design strategy is employed to simplify the analytical solution of the leg kinematics. Due to the parallel system architecture, all actuators are located on the main body, substantially reducing the equivalent inertia of moving parts compared to traditional high-DOF leg structures. The total mass of the system is only 18.9 g, with an end-effector output force of approximately 0.5 N and a workspace exceeding 22255 mm3. Experimental results demonstrate that the proposed single-leg mechanism achieves excellent motion flexibility, highlighting its potential for micro bio-inspired robotics.