编译 | 健恩
编辑 | 高歌
10月8日，加州理工学院的研究人员开发了一种双足机器人，结合双足行走和飞行姿势，具有异常的灵活性，可以进行滑板、钢丝等复杂的运动。
▲LEO沿着树间的绳子走
该机器人的设计灵感来自鸟类行走和飞行之间的各种行为，研究人员将其命名为LEONARDO（“legs onboard drone无人机上的腿，简称无人机上的腿LEO）。LEO基于螺旋桨的多关节腿和推进器可以实现对自身平衡的精细控制。
研究人员在研究论文中表示，由于其混合运动能力，LEO能够执行人类和传统机器人难以执行的各种任务。高空作业将是LEO最合适的应用之一，如高压线路维护、高空桥梁喷漆等。
本研究于本周三发表Science子刊Science Robotics上，并登上本月期刊封面。论文题目是《A bipedal walking robot that can fly, slackline, and skateboard(可飞行、走钢丝、滑板的双足行走机器人)。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abf8136
首先，改变传统的运动方式，让机器人跑步飞行
大多数现有的机器人都可以在地面或空气中移动，但很少有机器人同时有这两种运动方式。此外，现有的机器人很少有能力执行复杂的任务。
地面机器人有腿、轮、爬行等形式，其中双脚机器人因人类外观、行走、奔跑、跳跃等而备受关注。然而，地面机器人的运动很容易受到崎岖地形的限制，其应用范围仅限于地面附近，难以从事高空工作。
飞行机器人可以忽略各种崎岖的地形，从事遥感、交付、搜救、巡逻等空中工作。但它自身的缺点也非常明显，如能耗大、飞行时间短、负荷有限等。此外，空中机器人在空中工作时更难与物体进行物理交互，因为他们需要首先照顾自己的稳定性。
研究人员将这两种机器人的优的优点LEO它可以与步行和飞行相结合，通过切换不同的运动来适应各种崎岖的地形。
▲LEO走到台阶前，飞下台阶
二、身高75厘米只有5斤重，肩扛4个螺旋桨
LEO重量为2.58kg，行走时整体高度为75cm。主要由躯干、螺旋桨推进系统和两条带尖脚跟的腿组成。
为使其足够轻，LEO碳纤维管和3的腿部结构D打印碳纤维增强尼龙关节支撑滚珠轴承。它的腿是对称的。每条腿有三个伺服电机，一个位于骨盆，另一个位于臀部前后。三个伺服电机共同控制腿部运动。
LEO肩部安装了四个对称的螺旋桨，以稳定和控制行走和飞行动作。
▲LEO电子和机械部件
LEO它可以通过机载计算机和传感器套件完全独立运行。根据障碍物的类型，它可以选择步行或飞行，或根据需要混合。
走路时，LEO螺旋桨确保它在行走时保持直立，腿部致动器通过改变腿的位置向前移动机器人的重心来行走。在飞行中，LEO螺旋桨可以像无人机一样单独使用。
三、滑板、钢丝、高空作业是最大的应用方向
由于其混合运动能力，研究人员发现它可以完成一些传统机器人难以完成的动作，如在绳子上行走、滑板等。它还具有很高的抗干扰能力，达到3.8 m/s在风速下也能保持稳定。
▲LEO滑板绕过障碍物
研究人员在论文中说：也许最合适LEO这些工作对人类来说通常是危险的，需要机器人来代替。
例如，目前的高压线路检测依赖于专业人员，他们不仅要远程检查线路，还要走在线路上进行检查和维护。LEO不需要派人爬上电线，只需要让机器人飞到高压线路上，沿着电线行走进行维护工作，这将降低维护成本，减少人员坠落和伤亡的可能性。
除此之外，为了这些功能LEO设计技术还可以促进自适应起落架系统的发展。研究团队认为，未来的火星旋翼机可以配备腿式起落架，以保持身体平衡，降低着陆失败的风险。
接下来，该团队计划通过改进腿部设计来使其更强壮LEO支持更重的机器人，增加螺旋桨的推力。此外，他们还希望LEO机器人在崎岖的地形上行走时，可以更加独立地了解腿部支撑的重量和螺旋桨需要提供的推力。
研究人员还计划LEO配备新开发的控制算法，利用深度神经网络控制无人机着陆，使机器人更好地了解环境，决定步行、飞行或混合运动的最佳组合，以最安全、最低能耗的方式从一个地方移动到另一个地方。
结论:能跑能飞，让双脚机器人有更广阔的应用空间
双足机器人可以模仿人类完成各种工作，因为它有人类的外观。然而，由于环境和地形条件的限制，双足机器人在许多情况下的运动将受到限制。
LEO将行走与飞行两种运动状态相结合，使双足机器人能跑也能飞，打破地形障碍，使其具有更广阔的应用空间。
