【科普】為什么許多四足機(jī)器人設(shè)計成狗的樣子呢？

如果你對機(jī)器人非常感興趣，哦不，坦率地說，誰能沒有興趣呢……那你肯定經(jīng)常聽到“機(jī)器狗”這個名稱。它們似乎無處不在，這就引出了一個問題：為什么許多四足機(jī)器人設(shè)計成狗的樣子呢？

為了回答這個問題，我們（IEEE Transmitter）采訪了兩位機(jī)器人領(lǐng)域的專家，IEEE高級會員劉明和IEEE會員Jayakrishnan Thrivikraman Nair。

劉表示，機(jī)器狗是機(jī)器人的一部分，被稱為“四足動物”，意思很明顯是“四條腿”。四足機(jī)器人之所以多數(shù)被設(shè)計為狗，而不是馬或兔子，是因為其特有的膝蓋構(gòu)造。

“與馬前足膝朝前和后足膝朝后不同，狗的四肢膝一致朝后，該設(shè)計有助于‘狗形’機(jī)器人完成上樓任務(wù)，有更大，更能避免撞擊的腿部活動空間，”劉如此表示，“如波士頓動力公司的Spot、麻省理工學(xué)院的cheetah3和Unitree的Go1，都采用了向后膝蓋設(shè)計，這與狗的形狀和外觀一致。”

“當(dāng)四足機(jī)器人執(zhí)行上樓任務(wù)時，向后的肘部設(shè)計為腿部提供了更大的無碰撞工作空間，”劉說，“下樓時，情況會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。膝蓋向前的設(shè)計變得更有優(yōu)勢，因此上面提到的機(jī)器人傾向于向后走下樓。此外，還有四足機(jī)器人可以切換肘部的方向?！?/p>

狗的腿更簡單

Nair表示，狗的重心往往較低，這使它們更穩(wěn)定。

他說：“狗的前腿與高大動物的前腿明顯不同，相比之下，最后一個環(huán)節(jié)的長度相當(dāng)短。這也確保了前腿和后腿的形狀和比例相同，從而簡化了硬件復(fù)制和步態(tài)控制?！?/p>

四足機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

機(jī)器狗最突出的用途之一是監(jiān)控和檢查。

它們可用于搜索和救援行動，或用于對人類來說太狹小或太危險的地方。

Nair說：“這是最簡單的靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)動形式，可以穿越具有挑戰(zhàn)性的地形。它提供了成本、可控性和在崎嶇地形上行走能力的最佳平衡。該設(shè)計有四條腿，可以以三種不同的步態(tài)移動：行走、小跑和疾馳?！?/p>

兩條腿和四條腿機(jī)器人的比較

“雖然兩足機(jī)器人也可以執(zhí)行類似的任務(wù)，但兩足動物的運(yùn)動穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于四足動物，”劉說，“此外，建造和維護(hù)雙足機(jī)器人的成本是四足機(jī)器人的幾倍。”

四足機(jī)器人的缺點(diǎn)

不過，四足動物也有著一些缺點(diǎn)，”劉說，“它們的能量效率往往很低，大多數(shù)四足機(jī)器人只能連續(xù)工作一個小時。另外，這種機(jī)器人步態(tài)噪聲大，有些人可能難以忍受。這些不足將妨礙四足機(jī)器人更加廣泛地應(yīng)用于日常生活當(dāng)中?！?/p>