移動機器人與運動方式

輪腿混合移動

輪腿混合移動,是機器人把輪子和腿結合起來的一種行進方式,讓它能兼得兩者之長——在好走的地面上滾動時那種平穩、不知疲倦的高效,再加上跨越崎嶇地面時那種靈活的攀爬本領,而後者會讓單純的輪式機器人停下腳步。輪子在平坦堅硬的表面上既省能又快:輪子一轉,機器人便滑行而去,耗電極少。但面對一級台階、一道高路緣或一條深溝,輪子就束手無策了——任何高過它自身半徑左右的東西,都會直接把它擋住。腿則恰恰相反:它能抬起、落足,幾乎能踏上或邁過任何東西,但它慢、複雜,哪怕只是站著不動也要燒掉很多能量。混合移動,正是工程師為了不必在兩者之間二選一而做的嘗試。

把它們融合起來,有幾種常見的做法。一種是在每條腿的末端裝上一個輪子,於是機器在平地上靠輪子滾行,一旦遇到障礙,便抬起一條腿、讓輪子邁上並越過去——一台送貨機器人就這樣沿小路一路滑行,然後大步邁上門前的台階。另一種是「輪腿」(wheg),一個半輪半腿的單一部件:一隻帶輻條、槳葉般的輪子,它那些短粗的腿一邊旋轉一邊抓爬,越過圓輪會打滑的坎坷和台階。第三種做法乾脆把兩套系統都帶上、在它們之間切換:能用輪子時就用輪子開,不得不用腿時就用腿走。

其回報,是一台遠比純輪式或純腿式設計更通用的機器:既能快速跑完路程,又仍能應付會讓簡單小車敗下陣來的地形——這正是混合方案在廢墟中的搜救、行星探測,以及必須穿行於滿是路緣和台階的人類空間的機器人身上如此吸引人的原因。代價則是更高的機械複雜度:要造、要控制、要保證不壞的馬達和關節更多,以及機器人必須不斷做出的一個權衡判斷:是為速度而滾,還是為通過能力而走。

一台四足機器人在每隻腳上都裝了一個輪子。在平滑的走廊裡,它收起腿、安靜地滾行,省下電量;一遇到樓梯,它就鎖住輪子、一級一級地走上去,到頂後再次滾動。

能滾就滾,必走則走——一台機器人,兩種移動方式。

「wheg」一詞是 wheel(輪)與 leg(腿)的合成,指的是最簡單的一種混合體:一個帶輻條的單一部件,在平地上像輪子一樣滾動,在台階上又像腿一樣向上抓爬。

又稱
hybrid locomotionwheel-legged robotwhegs轮腿式机器人混合移动