卡内基梅隆大学新型六足机器人，爬坡、抓地功夫了得！可实现45°悬垂

导读

T-Rhex是一种“脚”上有微小“锥形脚趾”的六足机器人。它能通过特殊结构爬上陡峭的斜坡并抓住粗糙的表面，例如砖、木头和混凝土等。虽然这个机器人还不能爬上垂直的墙壁，但它可以悬挂在上面。

作者：Monday

卡内基梅隆大学有一门叫做“机器人设计与实验”的课程，这门课要求学生们用一学期的时间，基于一个主题来设计和构建一个机器人系统。今年春天，这个主题被定义为“仿生机器人”。这是学生们最爱的主题之一，因为动物可以做各种各样让大家觉得“疯狂的事情”，并且看机器人“模仿”动物，产生“独特的能力”，也让学生们觉得非常有趣。T-Rhex机器人就是在这样的背景下被设计出来的。

T-Rhex研发自一个叫做“科学鹦鹉”的团队，这个项目是RHex的新版本。T-Rhex的发音为T-Rex，和一种恐龙的发音相同。T-Rhex有一个“尾巴”，更重要的是，还有微小的“锥形脚趾”。这种脚趾可以帮助T-Rhex抓住粗糙的表面，比如砖、木头或混凝土。这也让T-Rhex可以爬上非常陡峭的斜坡，并且悬挂在上面，脚趾能够防止它掉落下来。

T-Rhex的这种“脚趾”被叫做”microspines”，在不少机器人身上都有过应用。比如美国喷射引擎推进实验室（JetPropulsion Laboratory）著名的攀岩机器人Lemur IIb。这种脚趾的概念至少可以追溯到斯坦福大学十几年前的Spinybot机器人。

（攀岩机器人Lemur IIb）

T-Rhex在攀爬时，看起来有条不紊，因为“脚趾”要小心地与地面“接合”和“脱离”，这也限制了它的非攀爬机动性。

仔细观察T-Rhex的运动，你会发现在它正常的向前步态中，它是在用“脚踝”行走，而不是“脚趾”。这意味着” microspines”大部分时候都没有被“接合”，这样机器人就可以利用其常规的腿部的运动来四处走动。由于T-Rhex的所有运动本质上都是机械的，而且它没有主动传感器，再加上它特殊的运动形态，所以它也不需要一个头部的结构。

T-Rhex虽然不能征服垂直的墙壁，但它能爬到55度的坡度上。最令研究人员惊讶的是，它能够紧贴表面，在135度的斜坡上“闲逛”，这是一种45度的悬垂！

有关这个项目的更多详细信息，IEEE Spectrum通过电子邮件与项目团队成员(和CMU博士生)Catherine Pavlov进行了交流。

IEEESpectrum：我们曾经在RHex机器人身上看到高度顺应性、具有弹性的腿，那T-RHex机器人的腿是如何驱动其移动的呢？

CatherinePavlov：T-RHex的腿也有一定的顺应性，但没有Rhex那么好。T-RHex的腿由塑胶制得，选择塑胶，是出于预算和制造的考虑。如果将Rhex与塑胶匹配，则会使腿尖变得过于脆弱（因为在攀爬过程中，通常只有少数几条腿能够承受机器人的负荷）。这也意味着T-RHex不能像Rhex那样在腿部建立“能量储存”。不过，就机动性而言，T-Rhex可能更受电机速度的限制。

（RHex机器人）

IEEESpectrum：你们是如何设计攀爬步态的？为什么不使用中间的腿，为什么需要一个尾部？

CatherinePavlov：步态设计包括大量的手调和试错。我们想要实现一种左右对称的步态，以实现更多脊柱之间的负载分配，并防止腿部的平面外扭曲。当使用所有三对腿时，必须具有非常精确的角度定位或者一对腿被推离墙壁。两条腿能够保持完整的机器人步态，如果使用中间的腿，那么中间的腿受损的程度会比它能发挥的作用要大，中间的腿有时也会把后面的腿从墙上推下来。

在静态测试中，我们看到机器人在大约35度的倾斜角度下会脱离前腿，向后倾斜。为了防止机器人向后倾斜并“坐”在墙上，因此需要一个尾部。尾部允许我们加载前腿，即使它们与表面成一个小角度。我们设计的攀爬步态是利用尾部让后腿充分循环，而机器人不会向后倾斜。

IEEESpectrum：是什么阻碍了T-Rhex攀爬更陡峭的表面？

CatherinePavlov：有一些限制因素。一是腿的尖部很容易断裂。我认为我们还需要一个更轻的平台来实现完全垂直，我们将在未来的工作中考虑使用更小的尺寸。我们也不认为我们的步态是最好的，我们可以通过更多调整获得边际改进。

IEEESpectrum：RHex脚上的结构能辅助它进行更动态的移动吗？

CatherinePavlov：动态攀爬动作?我认为只有在表面粘附力很好和表面强度很好的表面上才有可能，但理论上是有可能的。不过，如果想让它跳墙的话，现在肯定不行。

IEEESpectrum：下一步你们会做什么？

CatherinePavlov：我们的主要目标是探索腿部制造材料的空间，比如玻璃纤维、聚乳酸、聚氨酯，也许还有金属玻璃。我们认为在腿部材料和几何结构方面有很大的改进空间。更长远的改进将是增加传感器，例如用于墙壁检测，可靠的地板到墙壁转换以及动态步态转换。

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