CMU硕士毕业论文：打造像山羊一样具备全方位跳跃能力的机器人

雷锋网 (搜索“雷锋网”公众号关注) 按：本文作者Evan Ackerman，来源spectrum，由雷锋网独家编译，未经许可拒绝转载！

大多数有腿的机器人都很有辨识度，因为我们都知道腿是什么样子的。人类的腿、哺乳动物的腿、鸟腿……有趣的是，有的机器人的腿部设计是大自然中不常见的，比如RHex有六只有弹性、可旋转的腿，这可以帮助它完成眼花缭乱的杂技。

卡内基梅隆大学的Simon Kalouche刚完成他的硕士毕业论文。在论文中，他描述了一种全新的设计——“一双能敏捷行走、跑动的腿，最重要的是它拥有全方位跳跃能力，同时又能敏捷地着陆。”

Kalouche发明的“山羊腿”就是“无齿轮全方位加速定向拓扑”。这样的设计与山羊腿的物理学构造几乎没有关系，但是在峭壁上跑动能力仍然惊人的山羊确实是Kalouche的直接灵感来源。Kalouche专注于让机械腿具备山羊腿那样的能力，而不是从生物学的角度直接复制，最终他发明出了一套由三重发动机操控的新奇而极具活力的平行体系。

大多数有腿机器人都能动态移动，个别例外。人形机器人在跑跳方面的能力特别差，到了最近，四足机器人才开始展现出一些人类习以为常的基本移动技能。即便如此，这些机器人也不是真的擅长像人类的腿那样，穿越这个星球上50%轨道交通到不了的地方。“山羊腿”尝试涉足的场景包括：

1. 在轮式车辆无法通行的高度无结构环境下，已经有了很多带腿的机器人；

2. 地面标高环境下，突破大而陡的障碍物（与机器人的高度相关）阻碍行走（对它们而言，可行走的地形角度也有极限，而对人类来说这个极限大概是45度左右）；

3. 坑、洞、沟和穴也会阻碍行走；

4. 紧缩的空间里，转体或重新定位，接着行走或跳跃都有一定难度；

5. 执行不同地形间的远距离任务，不同的步法或移动形式会提高移动力、效率和机器人自身的寿命。

将“山羊腿”和其他机械腿区分开的一个重要因素是，它不受限于平面运动，这使它能在不重新定位的条件下，更容易地在不同方位进行移动。“山羊腿”机械动力强劲，虚拟兼容能力强（多亏了一个可以调整的全电阻控制器），它还有三个臀部上升的电发动机，提供了高能量的分布式金属项圈，同时还可以保持腿自身的低惯性。 有人尝试比较“山羊腿”和其他设计，比如MIT设计的一个叫Cheetah的电动四腿（其他出现在Kalouche毕业论文中的先进的机器人已展示于上图中）。这就像比较一只真正的山羊和一个真正的猎豹一样：山羊不会赢，但至少它有一定竞争力，然而猎豹会在山羊再熟悉不过的险峻地势下，完全丧失话语权。Kalouche总结道：“在直道上，‘山羊腿’或许永远不会比MIT的猎豹跑得快，“山羊腿”的设计让它损失了一维空间里的最高速度，目前，在全3D的空间里它的跑跳比包括MIT的猎豹在内的其他有腿机器人都要敏捷自如。”

在对如今带腿的机器人做了对比和分析后，你一定会发现“山羊腿”只有一条，它无法支撑站立。目前，Kalouche仍在测试硬件，他下一步要做的是安装定制电子、电动机控制器以及机器人承载的电力系统，他计划将机械腿从测试阶段，推向无限制的3D空间。除此之外，Kalouche还计划将“山羊腿”和其他机器人形态融合，包括单足、两足、三足和四足等等。

 via spectrum