這款六足機器人靠腳踝走路 還能極限懸掛135度斜坡

智東西（公眾號：zhidxcom）

編 | 韋世瑋

導語：美國卡耐基梅隆大學（CMU）的博士生團隊設計了一個新版本的仿生六足機器人，它能夠在崎嶇的地形中運動，並能抓住像磚塊、木頭和混凝土等粗糙的表面。

智東西6月15日消息，據IEEE Spectrum美國時間6月12日報導，在美國卡耐基梅隆大學的“機器人設計與實驗”（Robot Design & experimental）課程中，一個叫ScienceParrot的學生團隊根據“生物仿生機器人”主題，設計了一個新版本的仿生六足機器人RHex。

RHex是在2001年由密歇根大學和麥吉爾大學專門為在崎嶇地形中運動而設計的仿生六足機器人，而ScienceParrot團隊設計的新版本名為T-RHex，發音為T-Rex，就像恐龍一樣。

雖然T-RHex同樣是仿生六足機器人，但它除了擁有原版RHex的特性外，還能夠完成更多的攀爬和懸掛操作。

T-RHex

一、T-RHex：最高可懸掛在135度斜坡表面

T-RHex有尾巴，可以防止自己向後傾斜。更重要的是，它腿上有細小的錐形腳趾，有助於抓住像磚塊、木頭和混凝土等粗糙的表面。另外，依靠那細小的腳趾，它還能爬上非常陡峭的山坡並懸在上面，防止掉落。

T-RHex的腳趾也被稱為微刺，許多機器人身上都有這個設計。儘管這個設計概念至少可以追溯到15年前史丹佛大學設計的壁虎機器人SpinyBot。但最著名的可能是噴氣推進實驗室（JPL）設計的攀岩機器人LEMUR IIB，這個機器人可以幫助宇航員在太空中檢修及建設較大的建築物，憑借微脊柱體積取勝。

LEMUR IIB

依靠微刺，T-RHex能夠完成許多同類的攀爬和懸掛操作，並保持RHex快速、高效的輪腿（wheg）運動能力。

值得一提的是，由於它們的微刺必須小心地與接觸面結合和脫離，因此往往使用微刺來攀爬的機器人都相當有條理。但是，這在一定程度上也限制了它們在非攀爬時的機動性。

有趣的是，T-RHex走路的樣子很特別。它正常向前走路時，使用的是腳踝而不是腳趾。這意味著微刺在大多數情況下都不會被使用，因此T-RHex可以通過它的輪腿轉動來繞行。

在攀爬時，為了與微刺配合，T-RHex會將輪腿向後移動，這意味著它的尾巴可以從腦袋伸出來。但由於T-RHex的所有功能在本質上都是機械的，而且它沒有主動傳感器，因此實際上它並不需要腦袋。

另外，T-RHex能攀爬的最高坡度是55度，這意味著它無法在垂直的牆壁上爬。但令研究人員驚訝的是，T-RHex能夠緊貼地附著在135度的斜坡表面上，也就是45度的懸垂度。雖然連研究人員都不知道它是如何做到的，但如果它能保持這個狀態，它的微刺將會繼續完成自己的工作。

二、對話ScienceParrot團隊：詳解T-RHex四大特性

為了更進一步了解T-RHex的更多細節和特性，IEEE Spectrum特別通過電子郵件採訪了ScienceParrot團隊的博士生Catherine Pavlov。

ScienceParrot團隊

IEEE Spectrum：初版的RHex的腿擁有柔順和彈性的特點，那麽新版T-RHex的腿將如何影響它的移動性?

Catherine Pavlov：雖然T-RHex的腿沒有RHex那麽多，但它的腿還是有一定的順應性。因為出於預算和製造方面的原因，我們使用丙烯酸樹脂來製作它的腿。

如果將RHex與丙烯酸樹脂的柔順性匹配起來，會使它的微刺過於脆弱，因為在攀爬過程中通常只有少數人能承受機器人的負荷，這絕對意味著T-RHex不能像RHex那樣利用腿部進行能量儲存。

然而，在機動性方面，T-RHex可能會受到電機速度的限制。另外，我們借用了智能執行器（Dynamixels）來設計，它們不允許高速的定位。

IEEE Spectrum：你們是如何設計T-RHex的攀登步態的？為什麽不用中間的腿？為什麽尾巴是必要的？

Catherine Pavlov：首先，步態設計經過了大量的手動調整和反覆試驗。我們想要一個左右對稱的步態，以便T-RHex的脊柱能最大化地共享負載，防止腿向外扭曲。當T-RHex使用三雙腿時，你必須有非常精確的角度定位，否則它其中的一條腿會被推離牆壁。

其次，由於兩條腿就能支撐整個T-RHex的步態，因此使用中間的腿走路將會影響它的狀態，有時甚至還會把後面的腿從牆上推下去。

最後，尾巴是用來防止T-RHex向後傾斜或“坐”在牆上的。在靜態測試期間，我們曾看到它向後傾斜，前腿脫離，大約呈35度傾斜。因此，尾巴能使我們裝載前腿，讓它們與表面形成一個小角度。另外，我們設計的攀爬步態能利用尾巴使後腿完全再循環，並保持T-RHex不會向後傾斜。

IEEE Spectrum：是什麽阻止T-RHex爬上更陡的表面？

Catherine Pavlov：T-RHex腿上的微刺很容易折斷，我們還需要一個更輕的平台來讓它的微刺能完全與接觸面垂直，這也是我們將在未來工作中研究的MiniRHex。

雖然我們也不確信調整後的步態是最好的，但如果它能夠通過不斷的調整能得到微小的改善，這就足夠了。

IEEE Spectrum：微刺能幫助T-RHex實現更多的動態操作嗎?

Catherine Pavlov：動態攀岩動作算嗎？從理論上來說，這只可能在附著力和強度都很好的表面上實現。但是，如果你試圖讓現在的T-RHex翻牆，它肯定會崩潰。

IEEE Spectrum：你們下一步的計劃是什麽？

Catherine Pavlov：我們的主要目標是探索用於腿部製造的材料空間，例如玻璃纖維、聚乳酸、聚氨酯和金屬玻璃，並且腿部材料和幾何形狀還有很大的改進空間。

另外，我們還希望MiniRHex能配備微刺，它的尺寸大約是T-RHex的一半。而長期的改進將是給T-RHex增加傳感器，用於牆壁檢測、地板到牆壁過渡以及動態步態過渡。

文章來源：IEEE Spectrum