美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）的機(jī)器人研究所（RI）研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)能使現(xiàn)有的四足機(jī)器人在狹窄的平衡木上靈活行走。此項(xiàng)技術(shù)或許是此領(lǐng)域首個(gè)此類研究。

扎卡里-曼徹斯特（Zachary Manchester），機(jī)器人探索實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人以及機(jī)器人研究所的助理教授，激動(dòng)地表示：“這次實(shí)驗(yàn)具有重大意義。以前我認(rèn)為從未有人成功讓機(jī)器人完成過(guò)平衡木上行走的挑戰(zhàn)?！?/p>

曼徹斯特和團(tuán)隊(duì)通過(guò)借用通?？刂铺招l(wèi)星的硬件，消除了四足機(jī)器人設(shè)計(jì)中的現(xiàn)有限制，并增強(qiáng)了其平衡能力。許多現(xiàn)代四足機(jī)器人具有一個(gè)軀干和四條腿，腿端的圓形腳使其能在平坦表面上行走，甚至爬樓梯。然而，與四足動(dòng)物（例如獵豹和落水貓）相比，四足機(jī)器人缺乏本能的敏捷性。

四足機(jī)器人只要三只腳與地面接觸就能避免傾倒。如果只有一只或兩只腳著地，機(jī)器人則難以糾正干擾，傾倒風(fēng)險(xiǎn)增加。由于平衡問(wèn)題，其在崎嶇地形上的行走尤為困難。

曼徹斯特解釋說(shuō)：“在現(xiàn)有的控制方法下，四足機(jī)器人的身體和腿是分離的，不能相互協(xié)調(diào)。我們?cè)趺茨芨纳扑鼈兊钠胶饽?”

研究團(tuán)隊(duì)的解決方案使用了一種名為反作用輪致動(dòng)器（RWA）的系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在四足機(jī)器人的背部。借助新型控制技術(shù)，RWA可以使機(jī)器人保持平衡，而不受其腳的位置影響。RWA在航空航天業(yè)中廣泛應(yīng)用，用于通過(guò)操縱角動(dòng)量對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制。

曼徹斯特進(jìn)一步解釋說(shuō)：“你基本上有一個(gè)連接電機(jī)的大飛輪。讓沉重的飛輪朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，就會(huì)讓衛(wèi)星朝相反方向旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用在四足機(jī)器人上?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)在商用Unitree A1機(jī)器人上裝了兩個(gè)RWA進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，從而控制機(jī)器人的角動(dòng)量。通過(guò)RWA，機(jī)器人的腿是否與地面接觸不再重要，因?yàn)镽WA可以獨(dú)立控制機(jī)器人身體的方向。

曼徹斯特強(qiáng)調(diào)，改變現(xiàn)有的控制框架以適應(yīng)RWA相對(duì)容易，因?yàn)橛布粫?huì)改變機(jī)器人的質(zhì)量分布，并且沒(méi)有尾巴或脊柱的關(guān)節(jié)限制。沒(méi)有這些限制，硬件就可以像陀螺儀一樣建模，并集成到標(biāo)準(zhǔn)的模型預(yù)測(cè)控制算法中。

該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列成功的實(shí)驗(yàn)測(cè)試了他們的系統(tǒng)，證明了機(jī)器人從突然撞擊中恢復(fù)的能力得到了增強(qiáng)。他們?cè)谀M實(shí)驗(yàn)中模擬了經(jīng)典的“落貓”問(wèn)題，將機(jī)器人從近半米的高度倒掛下來(lái)。RWA使機(jī)器人能夠在半空中調(diào)整方向，雙腳著地。在現(xiàn)實(shí)操作中，他們通過(guò)讓機(jī)器人沿著6厘米寬的平衡木行走的實(shí)驗(yàn)，展示了機(jī)器人從干擾中恢復(fù)的能力和系統(tǒng)的平衡能力。

曼徹斯特預(yù)測(cè)，隨著人們對(duì)增強(qiáng)四足機(jī)器人穩(wěn)定能力的持續(xù)努力，使之與激發(fā)其設(shè)計(jì)靈感的四足動(dòng)物的本能相匹配，四足機(jī)器人未來(lái)可能會(huì)像10年前的無(wú)人機(jī)一樣，從主要的實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)過(guò)渡到廣泛的商業(yè)用途產(chǎn)品。四足機(jī)器人有望在搜救等高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景中得到應(yīng)用。