东方时讯网伍斯特理工学院的研究人员最近创建了OmniWheg，这是一种机器人系统，可以在导航周围环境的同时调整其配置，无缝地从轮式机器人转变为腿式机器人。这个机器人在IEEEIROS2022论文中介绍，预发表在arXiv上，它基于所谓的“whegs”的更新版本，这是一系列旨在将机器人的轮子或翅膀变成腿的机制设计。
“四足和双足机器人越来越受欢迎，其原因可能是寻求普通观众通常参与的‘拟人化’，”开发该机器人的研究人员之一安德烈罗森多教授告诉TechXplore。“虽然‘走到哪里都能走’听起来很刺激，但腿的能量成本非常高。我们人类有腿，因为这是进化给我们的，但我们不敢制造‘有腿的汽车’，'正如我们所知，这种骑行不像轮式汽车那样舒适或节能。”
Rosendo和他的同事最近的工作背后的关键思想是，虽然腿让机器人更亲切，赋予它们类似人类或动物的品质，但它们并不总是确保机器人快速有效地完成任务的最佳解决方案。因此，该团队没有开发具有单一运动机制的机器人，而是着手创建一个可以在不同机制之间切换的系统。
“环顾我们的家和工作场所，我们可以看到我们的环境95%是平坦的，最终有5%的不平坦地形是我们在空间之间‘过渡’时需要面对的，”Rosendo说。“考虑到这一点，为什么不开发一种在这95%的情况下以‘轮式’效率运行并在其余5%的情况下专门过渡到较低效率的系统呢?”
Rosendo和他的同事着手制造一个可以改变其配置以爬楼梯或绕过其他小障碍物的轮子。为实现这一目标，他们探索了“whegs”(即轮腿或翼腿)的概念，该概念已经存在了十多年，此后在机器人领域受到了相当大的关注。
在过去几年中开发和测试了几种轮腿系统。然而，这些系统中的大多数并没有表现得特别好，主要是由于难以协调轮腿系统的左右两侧，当机器人爬楼梯时需要完美对齐。
“为了解决通常与轮腿机构相关的协调问题，我们使用了全向轮，”创作背后的带头学生曹瑞祥解释道。“这是拼图的最后一块，因为它使机器人能够在不旋转身体的情况下即时对齐。我们的机器人可以以非常低的能量成本向前、向后和侧向移动，可以保持在稳定的位置无需体力消耗，需要时可以快速爬楼梯。”
为了正确运行，Rosendo和他的同事创建的wheg系统需要为每个车轮添加一个伺服电机和一个简单的算法。除此之外，它的设计简单明了，因此可以很容易地被全球其他团队复制。
“这个系统的优点如此之多，缺点却如此之少，以至于我们不禁认为它们对机器人领域的‘有腿机器人炒作’构成了威胁，”曹说。“任何最终需要爬楼梯的机器人应用程序都可以采用这种设计，特别是如果与机器人操纵器配对，在平坦地面上奔跑时操纵物体，同时在爬楼梯时移动重心。”
研究人员在一系列实验中评估了他们的OmniWheg系统，这些实验侧重于大量真实的室内场景，例如绕过障碍物、攀登不同高度的台阶以及全向转弯/移动。他们的结果非常有前途，因为他们的轮腿机器人可以成功克服所有测试过的常见障碍，灵活高效地调整其配置以有效应对个人运动挑战。
未来，Rosendo和他的同事创建的系统可以集成到现有的和新的机器人中，以提高它们在室内环境中导航的效率。此外，该团队的工作可能会激发基于全向轮的类似wheg系统的开发。
“我们的第一个设计迭代采用了相当‘昂贵’的无刷电机，我们现在认为更轻的电机与齿轮减速器配合使用会更有效，”Rosendo补充道。“我们还计划在机器人的底座上增加一个机械手，这样我们就可以测试重心更高的上下楼梯的动力学。”