新的迷你獵豹機器人腳部有彈性且輕盈，其運動范圍可與冠軍體操運動員相媲美。四腳動力單元可彎曲并擺動其腿部，使其能夠向右或向上行走。機器人也可以在不平坦的地形上小跑，大約是普通人行走速度的兩倍。麻省理工學(xué)院的新型迷你獵豹機器人腳部有彈性且輕盈，其運動范圍可與冠軍體操運動員相媲美。四腳動力單元可彎曲并擺動其腿部，使其能夠向右或向上行走。機器人也可以在不平坦的地形上小跑，大約是普通人行走速度的兩倍。重量僅為20磅 - 比一些感恩節(jié)火雞輕 - 四肢四足動物沒有任何推動力：當被踢到地面時，機器人可以通過其肘部的快速，功夫式擺動快速自行調(diào)整。

也許最令人印象深刻的是它能夠從站立位置執(zhí)行360度后空翻。研究人員聲稱，迷你獵豹被設(shè)計成“幾乎堅不可摧”，即使后空翻在漏油事件中也能恢復(fù)。

如果肢體或馬達斷裂，迷你獵豹的設(shè)計考慮到了模塊化：每個機器人的腿都由三個相同的低成本電動馬達驅(qū)動，研究人員使用現(xiàn)成的部件進行設(shè)計。每個電機都可以輕松換成新電機。

麻省理工學(xué)院機械工程系的技術(shù)助理，首席開發(fā)人員Benjamin Katz說：“你可以將這些部件放在一起，就像樂高積木一樣。”

研究人員將于5月在國際機器人與自動化大會上展示迷你獵豹的設(shè)計。他們目前正在建造更多的四足機器，目標是10臺，他們希望每臺機器都可以借給其他實驗室。

“我們制造這種機器人的原因很大一部分就是它讓它變得如此容易實驗并且只是嘗試瘋狂的東西，因為機器人非常堅固并且不會輕易破壞，如果它確實破壞了，它很容易而且不是很昂貴“修理，”卡茨說，他是機械工程副教授Sangbae Kim實驗室的機器人。

Kim表示，將迷你獵豹借給其他研究小組可以讓工程師有機會在高度動態(tài)的機器人上測試新的算法和機動，而這些機器人可能無法獲得。

“最終，我希望我們可以通過一個障礙賽道進行機器狗賽，每個團隊使用不同的算法控制迷你獵豹，我們可以看到哪種策略更有效，”Kim說。“這就是你加速研究的方式。”

“動態(tài)的東西”

迷你獵豹不僅僅是其前身Cheetah 3的微型版本，它是一個龐大，重型，強大的機器人，通常需要用系繩穩(wěn)定，以保護其昂貴的定制設(shè)計部件。

“在Cheetah 3中，一切都是超級集成的，所以如果你想改變一些東西，你必須進行大量的重新設(shè)計，”Katz說。“對于迷你獵豹，如果你想增加另一只手臂，你可以添加三到四個這些模塊化電機。”

Katz通過將部件重新配置為通常用于無人機和遙控飛機的小型商用電機，提出了電動機設(shè)計。

每個機器人12的馬達大約是梅森罐蓋的大小，并且包括：定子或一組線圈，其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場;一個小型控制器，用于傳遞定子應(yīng)產(chǎn)生的電流量;轉(zhuǎn)子，內(nèi)襯磁鐵，與定子的磁場一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩以抬起或旋轉(zhuǎn)肢體;齒輪箱，齒輪減速比為6：1，使轉(zhuǎn)子提供的扭矩是正常扭矩的六倍;和位置傳感器，測量電機和相關(guān)肢體的角度和方向。

每條腿由三個馬達提供動力，使其具有三個自由度和大范圍的運動。輕量化，高扭矩，低慣性設(shè)計使機器人能夠執(zhí)行快速，動態(tài)的操作，并在不破壞齒輪箱或四肢的情況下對地面施加高力沖擊。

“它可以在地面上改變力量的速度非常快，”卡茨說。“當它正在運行時，它的腳只能在地面上一次150毫秒，在此期間，計算機會告訴它增加腳上的力，然后將其改變?yōu)槠胶?，然后降低該力，以便快速提升所以它可以做一些非常有活力的東西，比如每一步跳到空中，或者一次只跑兩腳。大多數(shù)機器人不能這樣做，所以移動得慢得多。

樂死了;失控;瘋掉

工程師通過一系列操作來操作迷你獵豹，首先通過麻省理工學(xué)院Pappalardo實驗室的走廊以及Killian Court略微不平的地面測試其跑步能力。

在這兩種環(huán)境中，四足動物以每小時約5英里的速度行進。機器人的關(guān)節(jié)能夠以兩倍的扭矩旋轉(zhuǎn)三倍，Katz估計機器人可以通過一點調(diào)整快速運行兩倍。

該團隊編寫了另一個計算機代碼，指導(dǎo)機器人在各種類似瑜伽的配置中伸展和扭曲，展示其運動范圍以及旋轉(zhuǎn)其四肢和關(guān)節(jié)同時保持平衡的能力。他們還對機器人進行編程，以便從意外的力量中恢復(fù)，例如向側(cè)面踢。當研究人員將機器人踢到地面時，它會自動關(guān)閉。

“它假設(shè)出現(xiàn)了一些可怕的錯誤，所以它只是關(guān)閉，所有的腿都會飛到哪里，”Katz說。

當它接收到重新啟動的信號時，機器人首先確定其方向，然后執(zhí)行預(yù)編程的蹲下或肘部擺動操作以使其自身處于四肢狀態(tài)。

Katz和合著者Jared Di Carlo是電氣工程和計算機科學(xué)系(EECS)的本科生，他想知道機器人是否可以進行更具沖擊力的機動。受到EECS教授Russ Tedrake教授的去年課程的啟發(fā)，他們開始編寫迷你獵豹編程來執(zhí)行后空翻。

“我們認為這將是對機器人性能的良好測試，因為它需要大量的動力，扭矩，并且在翻轉(zhuǎn)結(jié)束時會產(chǎn)生巨大的影響，”Katz說。

該團隊編寫了一個“巨大的，非線性的，離線軌跡優(yōu)化”，其中包含了機器人的動力學(xué)和執(zhí)行器功能，并指定了一個軌跡，在這個軌跡中，機器人將以一定的，正面朝上的方向開始，并最終翻轉(zhuǎn)360度。然后，他們開發(fā)的程序解決了每個關(guān)節(jié)，每個單獨的電機以及開始和結(jié)束之間的每個時間段所需的所有扭矩，以便執(zhí)行后空翻。

“我們第一次嘗試它，它奇跡般地奏效了，”卡茨說。

“這非常令人興奮，”Kim補充道。“想象一下獵豹3做后空翻 - 它會崩潰，可能會破壞跑步機。我們可以用臺式機上的迷你獵豹做到這一點。”

該團隊正在建造大約10個迷你獵豹，每個獵豹計劃借給合作團體，而Kim打算組建一個迷你獵豹研究聯(lián)盟的工程師，他們可以發(fā)明，交換甚至與新想法競爭。