移动机器人与运动方式

轮腿混合移动

轮腿混合移动,是机器人把轮子和腿结合起来的一种行进方式,让它能兼得两者之长——在好走的地面上滚动时那种平稳、不知疲倦的高效,再加上跨越崎岖地面时那种灵活的攀爬本领,而后者会让单纯的轮式机器人停下脚步。轮子在平坦坚硬的表面上既省能又快:轮子一转,机器人便滑行而去,耗电极少。但面对一级台阶、一道高路缘或一条深沟,轮子就束手无策了——任何高过它自身半径左右的东西,都会直接把它挡住。腿则恰恰相反:它能抬起、落足,几乎能踏上或迈过任何东西,但它慢、复杂,哪怕只是站着不动也要烧掉很多能量。混合移动,正是工程师为了不必在两者之间二选一而做的尝试。

把它们融合起来,有几种常见的做法。一种是在每条腿的末端装上一个轮子,于是机器在平地上靠轮子滚行,一旦遇到障碍,便抬起一条腿、让轮子迈上并越过去——一台送货机器人就这样沿小路一路滑行,然后大步迈上门前的台阶。另一种是“轮腿”(wheg),一个半轮半腿的单一部件:一只带辐条、桨叶般的轮子,它那些短粗的腿一边旋转一边抓爬,越过圆轮会打滑的坎坷和台阶。第三种做法干脆把两套系统都带上、在它们之间切换:能用轮子时就用轮子开,不得不用腿时就用腿走。

其回报,是一台远比纯轮式或纯腿式设计更通用的机器:既能快速跑完路程,又仍能应付会让简单小车败下阵来的地形——这正是混合方案在废墟中的搜救、行星探测,以及必须穿行于满是路缘和台阶的人类空间的机器人身上如此吸引人的原因。代价则是更高的机械复杂度:要造、要控制、要保证不坏的电机和关节更多,以及机器人必须不断做出的一个权衡判断:是为速度而滚,还是为通过能力而走。

一台四足机器人在每只脚上都装了一个轮子。在平滑的走廊里,它收起腿、安静地滚行,省下电量;一遇到楼梯,它就锁住轮子、一级一级地走上去,到顶后再次滚动。

能滚就滚,必走则走——一台机器人,两种移动方式。

“wheg”一词是 wheel(轮)与 leg(腿)的合成,指的是最简单的一种混合体:一个带辐条的单一部件,在平地上像轮子一样滚动,在台阶上又像腿一样向上抓爬。

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