CMU碩士畢業(yè)論文：打造像山羊一樣具備全方位跳躍能力的機(jī)器人

雷鋒網(wǎng)按：本文作者Evan Ackerman，來(lái)源spectrum，由雷鋒網(wǎng)獨(dú)家編譯，未經(jīng)許可拒絕轉(zhuǎn)載！

大多數(shù)有腿的機(jī)器人都很有辨識(shí)度，因?yàn)槲覀兌贾劳仁鞘裁礃幼拥摹Ｈ祟?lèi)的腿、哺乳動(dòng)物的腿、鳥(niǎo)腿……有趣的是，有的機(jī)器人的腿部設(shè)計(jì)是大自然中不常見(jiàn)的，比如RHex有六只有彈性、可旋轉(zhuǎn)的腿，這可以幫助它完成眼花繚亂的雜技。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Simon Kalouche剛完成他的碩士畢業(yè)論文。在論文中，他描述了一種全新的設(shè)計(jì)——“一雙能敏捷行走、跑動(dòng)的腿，最重要的是它擁有全方位跳躍能力，同時(shí)又能敏捷地著陸。”

Kalouche發(fā)明的“山羊腿”就是“無(wú)齒輪全方位加速定向拓?fù)洹薄＿@樣的設(shè)計(jì)與山羊腿的物理學(xué)構(gòu)造幾乎沒(méi)有關(guān)系，但是在峭壁上跑動(dòng)能力仍然驚人的山羊確實(shí)是Kalouche的直接靈感來(lái)源。Kalouche專(zhuān)注于讓機(jī)械腿具備山羊腿那樣的能力，而不是從生物學(xué)的角度直接復(fù)制，最終他發(fā)明出了一套由三重發(fā)動(dòng)機(jī)操控的新奇而極具活力的平行體系。

大多數(shù)有腿機(jī)器人都能動(dòng)態(tài)移動(dòng)，個(gè)別例外。人形機(jī)器人在跑跳方面的能力特別差，到了最近，四足機(jī)器人才開(kāi)始展現(xiàn)出一些人類(lèi)習(xí)以為常的基本移動(dòng)技能。即便如此，這些機(jī)器人也不是真的擅長(zhǎng)像人類(lèi)的腿那樣，穿越這個(gè)星球上50%軌道交通到不了的地方。“山羊腿”嘗試涉足的場(chǎng)景包括：

1. 在輪式車(chē)輛無(wú)法通行的高度無(wú)結(jié)構(gòu)環(huán)境下，已經(jīng)有了很多帶腿的機(jī)器人；

2. 地面標(biāo)高環(huán)境下，突破大而陡的障礙物（與機(jī)器人的高度相關(guān)）阻礙行走（對(duì)它們而言，可行走的地形角度也有極限，而對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)這個(gè)極限大概是45度左右）；

3. 坑、洞、溝和穴也會(huì)阻礙行走；

4. 緊縮的空間里，轉(zhuǎn)體或重新定位，接著行走或跳躍都有一定難度；

5. 執(zhí)行不同地形間的遠(yuǎn)距離任務(wù)，不同的步法或移動(dòng)形式會(huì)提高移動(dòng)力、效率和機(jī)器人自身的壽命。

將“山羊腿”和其他機(jī)械腿區(qū)分開(kāi)的一個(gè)重要因素是，它不受限于平面運(yùn)動(dòng)，這使它能在不重新定位的條件下，更容易地在不同方位進(jìn)行移動(dòng)。“山羊腿”機(jī)械動(dòng)力強(qiáng)勁，虛擬兼容能力強(qiáng)（多虧了一個(gè)可以調(diào)整的全電阻控制器），它還有三個(gè)臀部上升的電發(fā)動(dòng)機(jī)，提供了高能量的分布式金屬項(xiàng)圈，同時(shí)還可以保持腿自身的低慣性。有人嘗試比較“山羊腿”和其他設(shè)計(jì)，比如MIT設(shè)計(jì)的一個(gè)叫Cheetah的電動(dòng)四腿（其他出現(xiàn)在Kalouche畢業(yè)論文中的先進(jìn)的機(jī)器人已展示于上圖中）。這就像比較一只真正的山羊和一個(gè)真正的獵豹一樣：山羊不會(huì)贏，但至少它有一定競(jìng)爭(zhēng)力，然而獵豹會(huì)在山羊再熟悉不過(guò)的險(xiǎn)峻地勢(shì)下，完全喪失話語(yǔ)權(quán)。Kalouche總結(jié)道：“在直道上，‘山羊腿’或許永遠(yuǎn)不會(huì)比MIT的獵豹跑得快，“山羊腿”的設(shè)計(jì)讓它損失了一維空間里的最高速度，目前，在全3D的空間里它的跑跳比包括MIT的獵豹在內(nèi)的其他有腿機(jī)器人都要敏捷自如。”

在對(duì)如今帶腿的機(jī)器人做了對(duì)比和分析后，你一定會(huì)發(fā)現(xiàn)“山羊腿”只有一條，它無(wú)法支撐站立。目前，Kalouche仍在測(cè)試硬件，他下一步要做的是安裝定制電子、電動(dòng)機(jī)控制器以及機(jī)器人承載的電力系統(tǒng)，他計(jì)劃將機(jī)械腿從測(cè)試階段，推向無(wú)限制的3D空間。除此之外，Kalouche還計(jì)劃將“山羊腿”和其他機(jī)器人形態(tài)融合，包括單足、兩足、三足和四足等等。

 via spectrum

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