移動機器人與運動方式
輪式移動
輪式移動是機器人最常見的行走方式:圓圓的輪子貼著地面轉動,這一轉,就悄無聲息地把整台機器帶著向前、向後或繞著彎走。想想超市的購物車、輪椅,或者在廚房地板上滑行的掃地機器人——不用抬腿,不用邁步,只是平順、連續地滾過去。由於轉動中的輪子始終只在一個不斷移動的點上接觸地面,而且從不需要被抬起再放下,滾動便成了把一個身體從這裡挪到那裡最從容、最可靠的方式之一。
工程師之所以最先想到輪子,最大的原因是效率。一條腿在每一步都得抬起、落下,還要接住身體的重量,既耗能又有摔倒的風險;而輪子只是一直滾,於是馬達幾乎所有的力氣都直接變成了向前的運動,而不是浪費在把機器人一上一下地抬起放下上。輪子在機械上也很簡單——常常只是一個馬達加一根軸——因此便宜、結實、好控制,還能讓機器人穩穩地馱著重物而不翻倒。正因如此,倉庫機器人、配送小車和自動駕駛汽車,幾乎都是滾著走,而不是邁步走。
代價在於:輪子偏愛平坦、堅實、連續的地面,一旦世界變得崎嶇,它立刻力不從心。一道路緣、一段樓梯、一片厚沙、一堆亂石,或者一道比輪子還寬的縫隙,都可能讓輪式機器人當場動彈不得,因為輪子無法像腿那樣抬起去跨過障礙。所以輪式移動是一樁交易:你放棄了在破碎地形上攀爬翻越的本事,換來的是在平滑路面上的速度、簡潔與效率——而這種平滑路面,恰恰填滿了人類建造的大多數空間。
一台倉庫配送機器人能在打磨光滑的水泥過道上平順地滾動好幾個小時,一次充電就夠;可一遇到裝卸台那級台階,它就徹底停住了——而那級台階,四足機器人只需抬腿就能爬上去。
在平滑地面上輪子大獲全勝,遇到第一級台階就敗下陣來。
用普通的圓輪子,大多數輪式機器人其實無法真正地向旁邊平移;要想橫著走,需要特殊的輪子,而這正是全向驅動所採用的。
又稱
另見