在自然环境中，群体昆虫（如蜜蜂、蚂蚁、白蚁等）、鱼类和鸟类等动物可以通过合作来完成生物个体难以或不可能完成的任务。受到这些集群行为的启发，许多研究人员研究了自组装或可重构的模块化群机器人，然而，由于轮式 / 履带式机器人难以克服一些足式机器人能够处理的复杂地形。

近日，美国圣母大学联合佐治亚理工***研究出一种即可单体运动，又可以组装成多体足式机器集群系统。相关研究发表于 Science Robotics 期刊，题目为《共同完成具有挑战性动力学任务的可自主组装多足机器人群》（Self-reconfigurable multilegged robot swarms collectively accomplish challenging terradynamic tasks） 。

研究人员在这项研究当中提出了一种四足驱动的单体机器人，内置传感、驱动和控制功能，可以进行自主移动，同时这种单体机器人能够组合成多体机器人。为了提高单个机器人在复杂地形下的运动性能，研究人员在为这种机器人设计了柔性驱动足和尾部机构。

当执行相对简单的任务，如在平坦地面上运输物体，使用单体机器人可以体现出成本优势。而当需要在复杂环境下越障和运输时，使用多体机器人更具性能优势。

▍单体机器人和多体机器人的结构设计

作者在这项研究中提出的四足机器人的灵感来自之前的研究（A systematic approach to creating terrain-capable hybrid soft/hard myriapod robots），每个单体机器人分为两段，每段都有一对驱动足，两段结构分别与伺服电机相连。

在本项研究里，单体机器人和多体机器人均使用对角线步态进行运动，而多体机器人则是由单体机器人自行组装起来的。

动图丨单体机器人通过磁性机构组装成多体机器人（来源：Science Robotics ）

为了提高稳定性，研究人员设计了一种尾部机构。尾部机构提供了额外的支撑点，可以消除机器人不必要的转弯和翻转运动。研究人 员分别对有无尾部机构的机器人运动进行了测试实验，当使用尾部机构时，机器人在每个周期下行走的位移大于无尾部机构时的位移。

       研究人员表示，传统上大多数足式机器人使用位置控制或扭矩控制来实现在复杂地形上的驱动，这需要使用多个传感器。然而，由于现实情况存在干扰等复杂情况，无法获得无准确的反馈。为了实现快速而稳定的驱动，需要额外的设计。

受仿生动物启发，研究人员通过改造驱动足来提高机器人对复杂地形的适应性。这种柔性改造驱动足的优势在于能够在运动的时候保持一定的扭矩，其灵活性可以使得驱动足与地面的接触区域分布得更加有效，不会干扰步态的前提下提供强大的越障能力。

本文摘自：网络 日期：2021-08-30
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