连杆形式的腿机构十一种：盘点机器人行走背后的机械原理

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[size=100%]荷兰伟大的艺术家Theo Jansen和他的惊世之作！！海滩“仿生兽”，可以说相当的牛。

【BBC】“风力仿生兽”游走在海滩上

【TED】食风的海边怪兽——人造生物

88分钟视频