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根據(jù)最新相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前中國機(jī)器人市場迎來黃金發(fā)展期，未來五年內(nèi)市場規(guī)模有望達(dá)到6000億元?。近年來得益于相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，智能機(jī)器人得以應(yīng)用在更廣泛的工作及生活場景。而這其中，憑借對復(fù)雜多變環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性，四足機(jī)器人成為最具發(fā)展前景的機(jī)器人類型之一：不僅能被運(yùn)用在復(fù)雜地形勘察、危險(xiǎn)環(huán)境巡檢等專業(yè)領(lǐng)域，還是日常生活中高效配送貨物的好幫手。
那么，四足機(jī)器人到底有何獨(dú)特之處？為什么大部分四足機(jī)器人都會設(shè)計(jì)成“狗”的形態(tài)？對此，IEEE高級會員劉明與IEEE會員Jayakrishnan Thrivikraman Nair兩位機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＜曳謩e給出了他們的專業(yè)解答。
四足機(jī)器人vs其他機(jī)器人：更穩(wěn)健的運(yùn)動能力
IEEE高級會員，香港科技大學(xué)智能駕駛中心主任、機(jī)器人與自主系統(tǒng)領(lǐng)域主任劉明認(rèn)為，強(qiáng)大的障礙跨越能力以及更低的生產(chǎn)成本，是四足機(jī)器人區(qū)別于其他機(jī)器人得以被廣泛應(yīng)用的兩大突出優(yōu)勢。
“與其他類型的機(jī)器人相比，比如輪式機(jī)器人，四足機(jī)器人不僅能實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健的運(yùn)動，還有更強(qiáng)的障礙跨越能力，能夠在復(fù)雜的地形上行走、上樓和下樓，這是輪式機(jī)器人無法完成的?！?劉明博士解釋道：“盡管雙足機(jī)器人也可以執(zhí)行類似的任務(wù)，但其運(yùn)動的平衡及穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于四足機(jī)器人?！?br />
此外“由于結(jié)構(gòu)更加簡潔、需要使用零部件較少，相對低的生產(chǎn)成本也推動了四足機(jī)器人的普及；同時(shí)，四足機(jī)器人的維護(hù)成本也比雙足機(jī)器人低得多。”劉明博士進(jìn)一步分享到。
“狗形”機(jī)器人：更穩(wěn)定的膝部結(jié)構(gòu)
“狗形”機(jī)器人，即我們俗稱的“機(jī)械狗”，是四足機(jī)器人中最常見的一個(gè)種類。那么，為何四足機(jī)器人大多會設(shè)計(jì)成狗而不是其他四足動物的形態(tài)？
答案就在于“機(jī)械狗”獨(dú)特的膝蓋構(gòu)造。劉明博士認(rèn)為當(dāng)今大多數(shù)四足機(jī)器人看起來像狗，主要原因在于它們膝部的方向。“不同于馬的前腳膝部向前、后腳膝部向后，狗的四肢膝部都是一致向后的，這種設(shè)計(jì)可以幫助‘狗形’機(jī)器人在執(zhí)行上樓任務(wù)時(shí)，擁有一個(gè)更大的、能夠避免碰撞的腿部活動空間。”
除此之外，低重心也是四足機(jī)器人主要設(shè)計(jì)成“狗形”的一個(gè)重要原因。 IEEE會員Jayakrishnan Thrivikraman Nair表示，狗的腿部最后一節(jié)長度與高大動物相比非常短，而這意味著狗有著更低的重心、更穩(wěn)定的形態(tài)和活動能力?！斑@也確保了狗的前后腿形態(tài)和比例是相同的，進(jìn)而讓機(jī)器狗生產(chǎn)中的硬件復(fù)制和步態(tài)控制變得更簡單。” Jayakrishnan Thrivikraman Nair補(bǔ)充說。
“狗形”機(jī)器人的優(yōu)勢與缺點(diǎn)
目前，“狗形”機(jī)器人最突出的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閺?fù)雜地形和極端環(huán)境的監(jiān)測和探查，比如進(jìn)行災(zāi)難搜救、或探測那些對人類而言過于狹窄和危險(xiǎn)的地方。
“四腿著地是最簡單的靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)動形式，這可以讓機(jī)器狗穿越具有挑戰(zhàn)性的地形?！?IEEE專家Jayakrishnan Thrivikraman Nair說到，“憑借四條腿，機(jī)械狗可以實(shí)現(xiàn)三種不同的步態(tài)移動：步行、小跑和奔跑。此外，這種機(jī)器人形態(tài)還實(shí)現(xiàn)了低生產(chǎn)成本、機(jī)器人高可控性以及在粗糙地形上行走的較強(qiáng)能力這三者的最佳平衡。”
當(dāng)然，“狗形”四足機(jī)器人也存在著一定的缺點(diǎn)。“首先，它們的能源效率往往很低，大多數(shù)四足機(jī)器人只能持續(xù)工作一個(gè)小時(shí)。”IEEE專家劉明解釋道，“此外，這類機(jī)器人步態(tài)的噪音很大，某些人群可能無法忍受。這些缺點(diǎn)都會阻礙四足機(jī)器人在日常生活中的更廣泛應(yīng)用?！?/p>
