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斯坦福學(xué)生機(jī)器人俱樂部（Stanford Student Robotics club）Extreme Mobility 團(tuán)隊(duì)最近迎來了一名新成員——一個名為 Stanford Doggo 的四足機(jī)器人。這個機(jī)器人能跳 1 米多高，還能表演后空翻。與其他四足機(jī)器人動輒上萬美元的成本不同，這個機(jī)器人的成本降到了 3000 美元以下，而且設(shè)計團(tuán)隊(duì)開源了該機(jī)器人的設(shè)計圖、代碼以及材料清單。任何感興趣的人都能夠通過這些材料打造屬于自己的 Doggo 機(jī)器人。 成本低至 3000 美元，人人都能動手 DIY Doggo 的設(shè)計和其他小型四足機(jī)器人類似，但其獨(dú)特之處在于，該機(jī)器人成本較低，而且容易獲得。其他類似的機(jī)器人通常要花費(fèi)上萬美元，但該機(jī)器人的設(shè)計者——斯坦福 Extreme Mobility 實(shí)驗(yàn)室估計，Doggo 的總成本不會高于 3000 美元。而且，Doggo 的整個設(shè)計都是開源的，幾乎所有的零部件都可以在網(wǎng)上買到。 「我們見過很多研究中所使用的四足機(jī)器人，但你通常沒有辦法把它們帶到自己的實(shí)驗(yàn)室并用在自己的項(xiàng)目中，」Extreme Mobility 負(fù)責(zé)人、機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生 Nathan Kau 表示?！肝覀兿Ｍ?Stanford Doggo 成為一款你可以自己構(gòu)建的低成本開源機(jī)器人。」 Stanford Doggo 現(xiàn)在已經(jīng)能完成走路、慢跑、跳舞、跳躍等動作，偶爾還能表演一下后空翻。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在打造一個稍大一點(diǎn)的 Doggo（和比格犬差不多大），并將在 5 月 21 日的加拿大蒙特利爾國際機(jī)器人與自動化會議（ICRA）上進(jìn)行展示。 能跳 1 米多高，后空翻也不在話下 為了讓 Doggo 可以復(fù)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)從頭開始構(gòu)建該機(jī)器人。他們花了大量時間研究容易獲取的原材料，在完成每個部件之后都會對其進(jìn)行測試，而不是依賴于模擬。 「從一開始想到要構(gòu)建一個四足機(jī)器人到現(xiàn)在已經(jīng)過去了兩年的時間。在這個原型開始迭代之前，我們還構(gòu)建了若干個原型，」該團(tuán)隊(duì)一名 19 歲的成員表示。 Doggo 的第一步無疑是蹣跚學(xué)步，但現(xiàn)在它的步態(tài)和行進(jìn)路線已經(jīng)非常穩(wěn)定，還能克服較為復(fù)雜的地形。它通過馬達(dá)感應(yīng)自己受到的外力，并確定每條腿應(yīng)施加多大的力和扭矩來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這些馬達(dá)以每秒 8000 次的速度重新計算，這對 Doggo 標(biāo)志性的舞蹈動作至關(guān)重要：它可以跳頗為靈活的布吉舞，看不出來里面其實(shí)沒有彈簧。 這些馬達(dá)就像一個由虛擬彈簧組成的系統(tǒng)，當(dāng)它們感覺到機(jī)器人偏離合適的位置時，會平穩(wěn)而敏捷地將機(jī)器人彈回適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> Doggo 的跳躍能力非常令人驚訝。通過不斷改進(jìn)軟件設(shè)計，Doggo 已經(jīng)能跳到 3.5 英尺（約 1 米）高。 Kau 回憶說，「從那時起我們就意識到，這個機(jī)器人在某些方面的表現(xiàn)已經(jīng)超越了其他四足機(jī)器人，盡管它的成本要低很多?！箯哪菚r起，他們開始嘗試讓 Doggo 進(jìn)行后空翻。 
Stanford Doggo 能完成小跑、后空翻和跳躍等多種動作。 雖然 Doggo 的構(gòu)建成本非常低，但因?yàn)橥炔繖C(jī)制的新型設(shè)計和更高效的馬達(dá)，它的實(shí)際效果要比其它昂貴的機(jī)器人更好一些。它的扭矩比 Ghost Robotics 相同大小和形狀的 Minitaur 機(jī)器人（成本達(dá) 11500 美元）更大一些。此外，Doggo 的垂直跳躍能力同樣也比 MIT 的 Cheetah 3 機(jī)器人強(qiáng)。 開源機(jī)器人 作為一個開源機(jī)器人，Stanford Doggo 的所有代碼和設(shè)計圖都能免費(fèi)獲得。斯坦福希望 Doggo 能為多足機(jī)器人提供一個可訪問的平臺。目前，該開源機(jī)器人保持著垂直跳躍敏捷度的最高紀(jì)錄，它的跳躍高度是目前四足機(jī)器人的兩倍。此外，因?yàn)?Stanford Doggo 總重量低于 5 公斤，根據(jù)開源項(xiàng)目做開發(fā)更容易也更安全。 項(xiàng)目地址：https://github.com/Nate711/StanfordDoggoProject CAD 設(shè)計圖：https:///2OBxTbH 總體上，項(xiàng)目從軟件代碼、驅(qū)動、硬件設(shè)計到材料清單提供了完整的資料。下面通過幾張結(jié)構(gòu)或演示圖，我們可以欣賞欣賞 Doggo 的構(gòu)造細(xì)節(jié)。 1. 同軸機(jī)制 同軸機(jī)制（coaxial mechanism）會驅(qū)動每一條腿的運(yùn)動能力，不論小跑還是跳躍都少不了它。同軸機(jī)制也是機(jī)器人中最復(fù)雜的機(jī)制和模塊，當(dāng)然它也是最麻煩的。  根據(jù)上面設(shè)計圖造出來的實(shí)際效果大概是：  2.Doggo 的小關(guān)節(jié) 對于每一個腿部關(guān)節(jié)，它的構(gòu)造是這個樣子：  3.Doggo 的小腳 Doggo 的小腳是硅膠材質(zhì)的，斯坦福的研究者用 3D 打印機(jī)完成。  5.Doggo 布局 后面還有身體（機(jī)箱～）和電路設(shè)計圖等模塊，這里就不一一展示了。最后，我們可以看看 Doggo 的整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與馬達(dá)控制器的布局：  Doggo 論文 當(dāng)然，如果你想搭建一個這樣的機(jī)器人，除了上面這些具體的結(jié)構(gòu)，最好還是要了解整體設(shè)計思路和原理。斯坦福的研究者還為 Doggo 寫了一篇論文，這篇論文發(fā)表在了 ICRA 2019 上。 論文：Stanford Doggo: An Open-Source, Quasi-Direct-Drive Quadruped  論文地址：https:///abs/1905.04254 這篇論文展示了 Stanford Doggo，它是一種準(zhǔn)直接驅(qū)動（quasi-direct-drive）的四足機(jī)器人，具有很強(qiáng)的動態(tài)運(yùn)動能力。該機(jī)器人能媲美或超過當(dāng)前最優(yōu)多足機(jī)器人的一般性能指標(biāo)。且在垂直跳躍靈敏度上，即以平均垂直速度為指標(biāo)，Stanford Doggo 能與表現(xiàn)最好的動物相媲美，并超過此前表現(xiàn)最好的機(jī)器人 22%。整體設(shè)計架構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注準(zhǔn)直接驅(qū)動的設(shè)計方法。復(fù)現(xiàn)該機(jī)器人的硬件和軟件都已經(jīng)開源，只需要手工工具制造和組裝就能完成，總成本低于 3000 美元。 結(jié)語 很多研究員認(rèn)為類似 Doggo 這樣的機(jī)器人是即將來臨的機(jī)器人大發(fā)展的一部分。四足或雙足機(jī)器人的能力將變得越來越強(qiáng)，波士頓動力、Agility Robotics 和 Anybotics 等公司都開始將其定位為高效的工具。它們可以用于各種實(shí)際任務(wù)或場景，例如現(xiàn)場調(diào)查、監(jiān)視、安防或快遞包裹等。 而像 Doggo 這樣的低成本機(jī)器人，可以用于研究者的各種實(shí)驗(yàn)，并快速迭代提升控制系統(tǒng)。目前，Doggo 和同類產(chǎn)品一般都為大學(xué)實(shí)驗(yàn)室而設(shè)計，但很快，它們就會投入真實(shí)世界。 斯坦福表示，它們希望 Doggo 能提供任何人都可以構(gòu)建的基準(zhǔn)系統(tǒng)。如果我們希望將它用于不同的任務(wù)，那么給 Doggo 加上不同的傳感器與對應(yīng)的代碼，就能利用運(yùn)動能力執(zhí)行它們。 |
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