对于大多数机器人迷来说，说到四足机器人，相信很多人首先会想到波士顿动力的机器狗。波士顿动力公司成立于1992年，是世界上腿式机器人的先驱。在四足机器人领域，瑞士公司ANYbotics是波士顿动力公司的有力竞争者。ANYbotics的ANYmal一直是一只不输给波士顿动力SpotMini的机器狗。ANYbotics由一群来自苏黎世联邦理工学院的工程师于2016年创立。它是苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室(RSL)的衍生公司，以推出机器人ANYmal而闻名。ANYmal此前曾推出过无轮版四足机器人，靠四条机械腿行走，可以穿越崎岖不平的地形，还可以爬楼梯。最近，研究团队为机器人添加了一组实用的轮子。据悉，苏黎世联邦理工学院的研究团队自2018年以来一直在用ANYbotics进行轮式机器人的实验。在新的原型中，研究人员为机器人的每只脚配备了四个装有轮毂电机的轮子。这种轮足复合式移动机器人结合了轮式机器人在平坦路面上的高效率和足式机器人在崎岖路面上的越野??能力。穿旱冰鞋的人和轮子驱动的机器人之间有一个关键区别。如果设计得当，机器人可以对轮子施加细微的控制，这是人类永远无法比拟的。我们已经在波士顿动力公司的两轮人形机器人Handle身上看到了这一点，尽管到目前为止Handle似乎还没有充分发挥其腿部的潜力。“轮子机器人”可以像溜冰一样滑行。为了开拓市场，波士顿动力公司为Handle轮式机器人定下了方向。至于轮式机器狗的探索任务，则落在了ANYmal等创业团队的肩上。苏黎世联邦理工学院ANYmal的研发团队很早就将他们的机器狗放在了四个轮子上。当时只是宣布，这四只脚底下的轮子可以像溜冰鞋一样滑动，在振动环境中向前爬行。此外，ANYmal可以在保持身体重心的情况下跨过“单边桥”。近期，团队发布了更多这款机器人的视频，证明轮式版ANYmal已经变得更加成熟和稳定。然而，固定轮子的ANYmal并没有失去作为腿足机器人的行走能力。在“穿上旱冰鞋”的前提下，它仍然可以步行完成一些移动和调整方向等任务。据相关研究人员介绍，与其他轮足机器人相比，带轮子的ANYmal可实现更强大的动态运动，运输成本可降低83%，与其腿式机器人相比具有明显优势。在2019年DARPA机器人地下挑战赛中，ANYmal踩着“风火轮”，越障能力超强。这意味着它的越障能力比轮式机器人更强，同时它的行走速度也比腿式机器人快。当时，研究人员称这是世界上第一个用于实际任务的轮腿混合驱动机器人。在最近发布的视频中，ANYmal轮式机器人的四条腿和四个轮子已经与它执行的每一个动作无缝结合。研究人员还设计了一款可以在车轮模式和步行模式之间切换的机器人。ANYmal的算法、速度和稳定性也得到了改进。轮子和腿一起做什么？要理解为什么轮子和腿的组合对机器人的机动性有如此大的影响，我们可以看看它是如何工作的。图|ANYmal轮足机器人展现最佳混合步态这款轮足机器人不仅能顺利越过斜坡、楼梯等障碍物，而且在速度上也超越了四足机器人。ANYbotics的四足机器人ANYmalC能够在动态的人类环境中以高度自主的方式执行任务。它还具有同步定位和映射(SLAM)功能，并且可以部分避免意外障碍，这要归功于其立体光学摄像头提供了360度视野的深度信息，以及提供额外环境数据并为机器人提供的LiDAR系统在一个范围内导航范围100米。这一次，ANYmal的轮足版是一款“盲”机器人，它可以在没有任何摄像头或激光雷达的情况下动态选择最佳混合步态，并将轮子的滚动与腿部的踏步融为一体。地形的感觉，根据每条腿的轮子运动的效用，在滚动和步态之间无缝过渡。如果一个轮子效率不高，机载传感器和运动规划微控制器可以有选择地控制每个轮子的扭矩，将那条腿切换为步进运动，同时保持与其他腿的协调。总的来说，这使得ANYmal的轮式机器人能够在不影响其处理复杂地形的能力的情况下更快地移动，并且它降低了运输成本，因为滚动比步行更有效率。与ANYmalC相比，该机器人可以以高达4m/s的速度实现高动态运动，而ANYmalC是一款已经上市的四足无轮机器人，其运动速度为1m/s。图|ANYmalCANYmal机器人还能够根据特定情况切换腿部/轮子运动：它可以根据轮子上的电流“安培数”或障碍物的存在或不存在来切换到腿部运动。该机器人也非常小，与其他四足机器人保持相似的外观。图|早期的原型，滑冰的苏黎世联邦理工学院的ANYmaMarkoBjelonic是负责这项研究的研究人员之一。他说，他们可以通过程序自动找到周期性的步态序列，而不需要预先定义步态时机。根据机器人的当前情况，每条腿都可以自己推理何时该离开地面，这在崎岖地形中表现相当不错。对于未来轮足机器人是否会装饰传感器来识别地形，Marko表示，此次提交的论文只是基于机器人的本体感受信号，即没有利用地形感知来根据地形进行步态转换。对环境。他们惊讶于框架在平坦和不平坦的地形上的表现如何。但他们目前正在研究一项扩展，让机器人根据前方地形规划步态序列。TerrainResponse的这种扩展能够处理更复杂的障碍，例如楼梯。图|轮脚也能自由行走他说现在的轮子不能转动，这是一个很好的挑战，因为那时候机器人要探索混合轮子和行走的运动。从应用的角度来看，车轮可操纵可能是有益的。他们分析了腿部配置和每条腿的驱动量，以旋转机器人的髋关节内收/外展，从而在不增加机器人复杂性的情况下提高机器人的机动性。Marko还认为，所有有腿的机器人都应该有轮子，未来带轮子的机器人会越来越普遍。自然界中缺乏这种运动方式使得轮式机器人的设计更具挑战性，这可能是没有出现类似生物的原因之一。目前只有少数几个腿轮机器人平台，如轮子行走的ANYmal、CENTAURO机器人和波士顿动力公司的Handle，但随着目前该领域的进展，将会出现更多类似的概念机器人。对于未来，该团队正在研究一个框架，使机器人能够在地面上和越过具有挑战性的障碍物执行更复杂的运动。这里的挑战是如何为此类高维问题找到最佳机动，以及如何在实际机器人应用中稳定地执行这些动作。该研究的相关论文“Whole-BodyMPCandOnlineGaitSequenceGenerationforWheeled-LeggedRobots”已发表在arXiv预印本平台上，由苏黎世联邦理工学院的几位作者撰写。图|最近出现的腿轮机器人平台，如Wheeled-ANYmal、ASCENTO和Handle，目前对机器人的运动要求越来越复杂。工作环境的复杂性和多样性对移动机器人的机械结构设计提出了越来越高的要求。对于有腿机器人来说，疫情蔓延至欧美的2020年，似乎是一个突破的一年。从方面的动作可以看出，美国机器人研发公司AgilityRobotics近日为其Digit人形机器人完成了2000万美元的A轮融资，而ANYmal也在日前完成了2230万美元的A轮融资前。随着类似的机器人刚刚开始成为主流，市场似乎有望持续增长。过去，机器人倾向于用腿或轮子移动。然而，大多数轮腿机器人仍处于研究领域。ANYmal所展示的四足轮式机器人的潜力是否指明了机器人领域未来的发展方向？这可能需要时间。
