北理工“机器鼠”出动！X光片精度还原，载重物爬窄管不在话下

提到腿式机器人，脑海中首先会想到些什么？大概是踹不倒的BigDog、能担能抗的阿尔法狗、运动健将Wild cat等这样，看起来就高大上的明星四足机器人吧。

这些基于中大型四肢动物设计出来的大型腿式机器人，在各方面都表现出优异的适应性和较高的负载承重能力，且在现实世界中拥有极其广泛的前景。

然而，正如自然界不止有空旷草原任由四足猛兽奔跑，也有羊肠小道供蛇鼠昆虫悠然生活，机器人界也少不了小型爬行动物的组成。

特别是在狭小空间、灾害废墟等极端情况下作业时，再小的Spot Mini也束手无策，无法动弹。此时就需要，在有限空间中仍有运动能力的小型四足机器人。

爬行界的蛇、蟑螂等，早已拥有与自己外形相似的机器人，小巧灵活的老鼠，以其非常善于在狭小空间中穿梭甚至转身的敏捷性，同样给人们带来了新的设计灵感。

▍基于X光片设计，最大程度还原鼠类灵活运动

最近，北京理工大学石青教授团队，以老鼠为原型，设计了一款名为SQuRO的小型四足机器人，并成功发表在机器人领域顶刊的IEEE Transactions on Robotics上。论文中，介绍了这款新型鼠鼠机器人的设计思路和及其灵活的能动性，并展示了该款机器人，以前所未有的敏捷性行走、爬行、穿越障碍、急速转弯，并且可以迅速从跌倒中爬起。

SQuRo是基于褐家鼠（rattus norvegicus)的身体大小和形态打造。为了尽可能复制真实老鼠的灵活运动，石教授团队首先通过X射线图研究其解剖结构，尤其关注其骨骼和关节分布。

他们发现，老鼠的运动模式主要是颈椎三维(俯仰-偏航-滚转)运动、脊柱伸索和侧屈、四肢的运动及其配合。在运动的相似度和简化度之间的权衡，最终团队选择为机器人配置12个主动自由度（active DOFs），其中四条腿各有两个自由度，腰部有两个，头部有两个。机器人长188mm，宽55mm，尾巴长90mm，重量只有220g。

研究人员首先测试了基本的五个关键能力，包括站立蹲下、行走、爬行、转弯，以及跌倒后复原，而一系列的实验证明，这种设计确实复制了真实老鼠灵活修长的脊柱，并实现了机器人像真实老鼠一样灵活的运动。值得注意的是，SQuRo机器人是第一个能完成五种运动模式的小型四足机器人。

其中，转弯的结果尤其令人印象深刻， 它的最小转弯半径只有0.48个身体长度，据说这比其他类似规模的四足机器人都要小得多，保证了在狭小空间内的敏捷运动。

▍通过更具挑战性的场景测试

接下来，研究人员在更有挑战性的场景中测试该机器人。包括洞穴通道测试、斜坡测试和承重测试。实验中，SQuRo成功通过一条模仿洞穴的狭窄、不规则通道，包括直道、弯道、Z字道三种模式；并能在15°的斜坡上稳稳爬行；还成功托起200g的负载前进。

为了保证机器人在类似管道、灾区等更具有挑战性的环境中的适应性，研究人员进一步设计了越障、跌倒恢复等功能。

机器人可以向后依靠臀部支持，将前爪搭在障碍物上，再起身越过该障碍物。经测试，SQuRo可以越过30mm（自身高度的1/3）的障碍物，且能在侧倒后，自行回到站立状态。

▍机器鼠有望商业化

SQuRo作为比同类小型四足机器人更苗条、轻盈、灵活的新型机器人，它的重量只有220克。也就是说，它可以携带的负载与自身的重量之比更大，而这些负载可以是相机或其他传感器为研究提供支持。

石青教授表示，团队有兴趣将该机器人商业化，并通过进一步研究搭配更多传感器来提高其敏捷性和场景适应性。

我们相信，在该技术得到进一步发展后，SQuRo有很大希望可以用于执行一些复杂任务，如对狭窄、非结构化管道的检查，甚至可以用于灾难现场的搜救任务。

排版 | 麦子

-----------------END-------------------

更多精彩

加入社群

欢迎加入【机器人大讲堂】读者讨论群， 共同探讨机器人相关领域话题，共享前沿科技及产业动态。

教育机器人、医疗机器人、腿足机器人、工业机器人、服务机器人、特种机器人、无人机、软体机器人等专业讨论群正在招募， 关注机器人大讲堂公众号，发送“ 交流群 ”获取入群方式！

招募作者

机器人大讲堂正在招募【兼职内容创作者】，如果您对撰写机器人【科技类】或【产业类】文章感兴趣，可将简历和原创作品投至邮箱： [e-mail]  

我们对职业、所在地等没有要求，欢迎朋友们的加入！

 
 

看累了吗？戳一下“在看”支持我们吧！