仅靠单驱动器就能实现行走的机器人，你见过吗？
- 来源：OFweek机器人网
- 2023/12/29 15:28:34
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但如果我们追求机器人结构的简易化，是否可以用更少的驱动器实现双足机器人的行走呢？
近日，卡内基梅隆大学机械工程系的研究团队给出了肯定的答案。
他们研发了一个单驱动器的双足机器人“Mugatu”。这个外形简单的机器人只包含一个驱动器和两个刚体，却可以实现稳定行走、左右转向等复杂的运动。
这一突破性设计也为高效小型机器人的发展带来了新的契机。
简易化设计：双足机器人的终极目标
在机器人学界，简易化设计一直是一个关键方向。
理想状况下，我们期望机器人可以像人类一样，仅靠少数关节和肌肉的协调运动即可完成复杂的机动。这样不仅可以降低成本，也有利于提升机器人的可靠性。
早在20世纪80年代，加拿大工程师Tad McGeer就制造出一个不需要电机、执行器或计算机控制，仅巧妙地利用平衡和重力，就可实现步行的简易机器人。这也是卡内基梅隆大学研究人员的灵感来源。
为此，该团队设计了一个名为“Mugatu”的新型双足机器人。Mugatu只包含一个电机驱动的关节和两个刚性支架，却可以在水平面上自主行走。并且研究人员表示，这一设计的终极目标，是将执行器缩小到乐高积木的大小，实现更加便携和灵活的微型双足机器人。
独特机制：巧妙利用重力实现自平衡
那么，Mugatu是如何仅通过一个执行器实现平衡与行走的呢？这主要源自其结构设计的巧妙之处。
Mugatu由两条相连的腿组成，腿的底部是脚掌而无膝盖关节，脚掌的形状经过精心设计，既可以实现左右摆动，也可以稍微转向左右两侧。两条腿的连接方式保证了重心始终低于支撑的脚掌，这样当机器人失去平衡时，它总能够滚回直立状态。
另外，当两只脚并拢站立时，机器人有一个稍向后倾的预设角度，这可以让一条腿抬起而不会触及地面。通过合理设置关节初始位置，Mugatu实现了步行的自启动。
“我们尽可能简化了机器人的行走方式，这种大幅简化设计与单一自由度配合使用，是实现高效小型机器人迈出的一大步。”研究人员表示，即便看似简单，这种独特的重力驱动方式也让Mugatu具备了转向灵活性，完全可以取代其他复杂机器人。
开创性意义：单驱动器能够实现复杂机动
这款单驱动双足机器人对小型机器人研究具有重大意义。
首先，它证明了即使只有一个执行器，也可以通过设计实现机器人的自主平衡与行走。这为未来双足机器人向简易化和微型化方向发展提供了新思路。
其次，Mugatu展现了惊人的机动性。尽管看似简单的结构，但它可以实现人形机器人同样复杂的运动，包括自启动、稳定步态、左右转，这说明单驱动器也可以支持灵活机动，而且研究团队测试发现，Mugatu的能耗非常低，一定距离内使用的能源量很少，这也为小型机器人的应用场景打开了更多可能性。
广阔前景：小型机器人的多样应用
未来，小型双足机器人可以运用在狭小空间的机动与监测，在管道、机械腔体等人类难以到达的空间，利用体积小且机动性强优势进行穿行与监测；而在建筑坍塌等灾难现场，小型机器人可以灵活进入狭小空间，搜索生命迹象或者检查设施损坏；此外，高效低成本的小型机器人，还可以大量部署于各类商业和消费场景，在消费端发力。
总的来说，虽然离“乐高大小”的目标，还需要一定时间才能达到，但当执行器进行等比缩小时，一切机制都会发生变化，而卡内基梅隆大学带来的Mugatu，为机器人行走的极致简约化开创了新篇章。我们有理由相信，未来类似这种简单轻巧、高效灵活的小型机器人，将在工业、医疗、消费等广泛领域发挥更大作用。
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