你知道人形机器人如果能够实现正常行走的话，需要多少个驱动器（关节模组）吗？

以特斯拉Optimus为例是40个驱动器（关节模组），其中躯干和四肢有 28 个驱动器，双手有 12 个驱动器，可实现全身 200 多个自由度，手部 11 个自由度。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图1) data-backh="311" data-backw="553" data-imgfileid="502857490" data-ratio="0.5620608899297423" data-type="gif" data-w="854" height="311.07000732421875" width="553.4099731445312">

但如果将机器人变小，仅保留下半身的话，能否实现仅一个驱动器驱动双足机器人行走呢？答案是可以的。近日卡内基梅隆大学机械工程系再次更新了“Mugatu”的双足机器人的研究成果，该机器人是全球首个单驱双足机器人，包含一个驱动器和两个刚体结构。虽然设计简单，但具备与其他机器人相同的复杂运动能力。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图2) data-backh="316" data-backw="562" data-cropselx1="0" data-cropselx2="578" data-cropsely1="0" data-cropsely2="325" data-galleryid="" data-imgfileid="502857493" data-ratio="0.5620608899297423" data-s="300,640" data-type="png" data-w="854">

该项目灵感来自加拿大工程师Tad McGeer，早在 20 世纪 80 年代末，他就建造了一个简单的机器人，没有电机、执行器或计算机来控制其运动。相反，它的设计允许机器人以轻松的步态沿着稍微倾斜的平面大步走下。研究人员指出，这是通过在设计中巧妙利用平衡和重力而实现的。

在重新审视这种方法时，这项新工作的研究人员设计了一款类似的机器人，只需一个执行器即可在水平面上行走。他们的想法是建造一个机器人，只用连接在一起的腿制成，可以行走。“Mugatu”双足机器人就此诞生。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图3) data-backh="316" data-backw="562" data-galleryid="" data-imgfileid="502857497" data-ratio="0.5620608899297423" data-type="gif" data-w="854">

它有两条腿，在顶部连接在一起。每条腿的底端都有一只脚，但没有膝盖。它的所有部件都被设计成利用重力——例如脚的形状允许机器人来回滚动，但也可以稍微转向一侧或另一侧。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图4) data-backh="316" data-backw="562" data-galleryid="" data-imgfileid="502857496" data-ratio="0.5620608899297423" data-type="gif" data-w="854">

腿的组合方式也确保机器人的重心始终低于每只脚的曲率中心。这意味着如果机器人失去平衡，它总是会滚回到直立位置。他们还添加了另一个功能——当双脚并拢站立时，机器人总是会稍微向后倾斜，从而允许一条腿抬起而不会碰到地面。

“该项目的第一个方向旨在尽可能简化机器人的行走方式，”第一作者詹姆斯·凯尔表示，他于最近在基梅隆大学机械工程系毕业，并获得机械工程硕士和学士学位。传统人形机器人下半身通常需要髋部4个旋转执行器、腿部8个线性执行器，来完成行走这样的复杂动作。而“Mugatu”仅需要一个驱动器就能实现，同时在前进与转向方面非常灵活。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图5) data-backh="316" data-backw="562" data-galleryid="" data-imgfileid="502857495" data-ratio="0.5620608899297423" data-type="gif" data-w="854">

研究团队希望通过缩减驱动器来评估对机器人的运动能力的影响。如果能够将双足机器人简化并且缩减驱动器数量，还能实现灵活控制与行走，这意味着单驱小型双足机器人可以应对狭小管道这样的复杂场景。该团队致力于突破自主决策并携带自身动力源的小型机器人的研发。

团队另外一位成员是来自机械工程系本科生Kendall Hart，他负责研究机器人的电流传感器，用于计算机器人的电流总运输成本以及一定距离内使用的能源量，用来评估单驱双足机器人的整体能量消耗情况。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图6) data-backh="316" data-backw="562" data-galleryid="" data-imgfileid="502857507" data-ratio="0.5620608899297423" data-type="gif" data-w="854">

Kendall Hart表示，在自己正式进入实验室之前，对MATLAB编程和数值计算平台有一个模糊的了解，但参与这个项目使我能够应用在课堂上学到的知识。参与这个项目，我们会做大量电流传感器的调试工作，即便是没有导师的情况下，Kendall Hart也对这个项目抱有信心。

仅需一个驱动器就能实现双足机器人行走 “Mugatu”是如何做到的？(图7) data-backh="311" data-backw="553" data-imgfileid="502857489" data-ratio="0.562962962962963" data-type="png" data-w="1080" height="311.07000732421875" width="552.9400024414062">

据悉，该团队的最终目标是将驱动器缩小到乐高体积大小。这需要一定的时间才能做到，研究人员表示，当我们开始对执行器进行等比缩小时，一切的机制都会发生变化，这种行走装置的大幅简化与其单一自由度相结合，是迈向高效小型机器人的充满希望的一步。

PDF报告下载地址：https://arxiv.org/pdf/2308.08401.pdf

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