IEEE機器人專家解答：為何四足機器人大多設(shè)計成狗的形態(tài)？

根據(jù)最新相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前中國機器人市場迎來黃金發(fā)展期，未來五年內(nèi)市場規(guī)模有望達(dá)到6000億元?。近年來得益于相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，智能機器人得以應(yīng)用在更廣泛的工作及生活場景。而這其中，憑借對復(fù)雜多變環(huán)境的強適應(yīng)性，四足機器人成為最具發(fā)展前景的機器人類型之一：不僅能被運用在復(fù)雜地形勘察、危險環(huán)境巡檢等專業(yè)領(lǐng)域，還是日常生活中高效配送貨物的好幫手。
那么，四足機器人到底有何獨特之處？為什么大部分四足機器人都會設(shè)計成“狗”的形態(tài)？對此，IEEE高級會員劉明與IEEE會員Jayakrishnan Thrivikraman Nair兩位機器人領(lǐng)域?qū)＜曳謩e給出了他們的專業(yè)解答。

四足機器人vs其他機器人：更穩(wěn)健的運動能力
IEEE高級會員，香港科技大學(xué)智能駕駛中心主任、機器人與自主系統(tǒng)領(lǐng)域主任劉明認(rèn)為，強大的障礙跨越能力以及更低的生產(chǎn)成本，是四足機器人區(qū)別于其他機器人得以被廣泛應(yīng)用的兩大突出優(yōu)勢。
“與其他類型的機器人相比，比如輪式機器人，四足機器人不僅能實現(xiàn)更穩(wěn)健的運動，還有更強的障礙跨越能力，能夠在復(fù)雜的地形上行走、上樓和下樓，這是輪式機器人無法完成的。” 劉明博士解釋道：“盡管雙足機器人也可以執(zhí)行類似的任務(wù)，但其運動的平衡及穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于四足機器人?！?br /> 此外“由于結(jié)構(gòu)更加簡潔、需要使用零部件較少，相對低的生產(chǎn)成本也推動了四足機器人的普及；同時，四足機器人的維護成本也比雙足機器人低得多?！眲⒚鞑┦窟M一步分享到。

“狗形”機器人：更穩(wěn)定的膝部結(jié)構(gòu)
“狗形”機器人，即我們俗稱的“機械狗”，是四足機器人中最常見的一個種類。那么，為何四足機器人大多會設(shè)計成狗而不是其他四足動物的形態(tài)？
答案就在于“機械狗”獨特的膝蓋構(gòu)造。劉明博士認(rèn)為當(dāng)今大多數(shù)四足機器人看起來像狗，主要原因在于它們膝部的方向?！安煌隈R的前腳膝部向前、后腳膝部向后，狗的四肢膝部都是一致向后的，這種設(shè)計可以幫助‘狗形’機器人在執(zhí)行上樓任務(wù)時，擁有一個更大的、能夠避免碰撞的腿部活動空間?！?br /> 除此之外，低重心也是四足機器人主要設(shè)計成“狗形”的一個重要原因。 IEEE會員Jayakrishnan Thrivikraman Nair表示，狗的腿部最后一節(jié)長度與高大動物相比非常短，而這意味著狗有著更低的重心、更穩(wěn)定的形態(tài)和活動能力?！斑@也確保了狗的前后腿形態(tài)和比例是相同的，進而讓機器狗生產(chǎn)中的硬件復(fù)制和步態(tài)控制變得更簡單?！?Jayakrishnan Thrivikraman Nair補充說。

“狗形”機器人的優(yōu)勢與缺點
目前，“狗形”機器人最突出的應(yīng)用領(lǐng)域為復(fù)雜地形和極端環(huán)境的監(jiān)測和探查，比如進行災(zāi)難搜救、或探測那些對人類而言過于狹窄和危險的地方。
“四腿著地是最簡單的靜態(tài)穩(wěn)定運動形式，這可以讓機器狗穿越具有挑戰(zhàn)性的地形?！?IEEE專家Jayakrishnan Thrivikraman Nair說到，“憑借四條腿，機械狗可以實現(xiàn)三種不同的步態(tài)移動：步行、小跑和奔跑。此外，這種機器人形態(tài)還實現(xiàn)了低生產(chǎn)成本、機器人高可控性以及在粗糙地形上行走的較強能力這三者的最佳平衡?！?br /> 當(dāng)然，“狗形”四足機器人也存在著一定的缺點。“首先，它們的能源效率往往很低，大多數(shù)四足機器人只能持續(xù)工作一個小時?！盜EEE專家劉明解釋道，“此外，這類機器人步態(tài)的噪音很大，某些人群可能無法忍受。這些缺點都會阻礙四足機器人在日常生活中的更廣泛應(yīng)用?！?/p>