地球上的很多动物都具备很强大的运动能力，动物使用它们的腿表现出敏捷的运动，并表现出非凡的陆地机动性以穿越不同的环境。

在动物中，蟑螂使用其六条腿表现出令人难以置信的敏捷运动，蜈蚣和千足虫在崎岖地形上的拥有高穿越性以及对跌落和腿部故障有高容错度，于是研发人员们把目光转向了多足机器人，让机器人从双足到多足，解决当机器人一个腿受伤时的继续行走的难题，多足机器人的设计可以很有效地分摊机器人整机重量，并且在一条腿受伤的时候仍可以继续行动。

“蜈蚣”型机器人诞生

美国科研人员从蜈蚣的运动方式中得到灵感，研制出拥有多节身体和多条腿的机器人，能高效通过崎岖不平的路面，不必依赖传感器随时探测路面情况。

科研人员表示，蜈蚣生活在一个和人类的运动世界截然不同的世界中，人类的运动很大程度上受惯性支配，而在蜈蚣的世界里，如果它们停止摆动身体部位和四肢，它们基本上会立即停止移动。基于蜈蚣的多肢体运动方式，研究人员们提出了一种新的多足运动理论，给机器人增加腿可以提高它在具有挑战性的表面上稳健移动的能力——他们称之为空间冗余的概念，并创建了多足机器人模型。

美国佐治亚理工学院的研究人员说，他们开发出的理论框架，可以推算节肢型机器人在崎岖路面上的通行效率，并制造出不同规格的机器人进行试验，发现腿比较多的机器人效率更高。根据这种设计思路，可望研制出适合农田作业和救灾等场合的新型搜救机器人。相关论文发表在新一期美国《科学》杂志上。

研究人员用3D打印技术制造小型的机器人身体，每节身体都有2条腿并配备数台发动机，然后让腿数不同的机器人反复通过堆满小方块、高低不平的路面，从指定起点前往60厘米远处的终点。结果发现，仅有6条腿的机器人表现很不稳定，每次试验耗费的时间差异较大；而有14或16条腿的机器人通行更加快速，而且每次耗费的时间差不多。

人类行走在崎岖环境中时必须小心观察，根据路面情况随时作出反应，对机器人来说这就意味着需要配备大量传感器，会大幅提高成本，而且传感器在恶劣环境中很容易损坏。新型机器人将运动分段处理，不需要根据传感器的实时探测来调整动作，更加高效实用。

蜈蚣型机器人的组成

团队构建的由重复单元组成的机器人系统，其中机器人肢体由3D打印而成，研究人员们采用电机分别控制机体波动和肢体收伸。

机器人由4个活动自由度组成。腿部上下电机控制对侧肢体的接触状态，腿部摆动电机控制对侧肢体的前后位置。每条腿都通过一个刚性自由度旋转关节与髋部连接，该关节的旋转轴与前后方向平行。身体“拼接”完毕后，考虑到腿的数量和“蜈蚣”身体的连接方式，研究人员利用橡皮筋的弹性恢复力在4个机器人上结合两种类型的腿部顺应性，以减轻平行力干扰的影响。团队设计了两种方案：

第一种设计是向内腿的顺应性，通过使用钓鱼线将机器人的腿上/下电机连接到每个对侧肢体对上，从而将腿连接起来，使一条腿上升，另一条腿下降到地面。在操作过程中，该伺服装置拉紧绳索以垂直提升所需的肢体，同时放松另一侧的绳索。这将导致对侧腿在髋关节连接处的橡皮筋的帮助下降至地面。这种“踏腿”降低，直到相反的地面力等于弹性力，从而允许机器人的高度在存在障碍物的情况下在身体上不均匀。

第二种设计是纵向腿的顺应性。它由一个旋转轴和橡皮筋组成，连接腿的上下部分，有效地在每条腿上形成一个“膝盖”。这种设计使腿能够被动地弯曲和拖过遇到的障碍物，从而减轻了大量的平行力干扰。一旦穿过障碍物，橡皮筋就会将腿部恢复到中性直的位置，这样运动就可以继续正常进行。

蜈蚣机器人解决动态不稳定难题

研究团队开发的仿生蜈蚣机器人，它利用了动态不稳定的优势，可以使机器人在直线行走和曲线行走中切换，它由六个部分和灵活的关节组成，每个部分连接两条腿，使用可调螺钉组成的联轴器十分灵活，可以在步行运动中通过电机进行修改。

这项研究的关键是多足机器人的动态不稳定性，在研发的初期，给机器人增加关节会导致机器人直走的时候不稳定，曲线行走也没法准确控制，机器人的可控性不高，这也是工程师们重点攻克的方向。随后，研究团队提出了一种用于蜈蚣机器人机动和高效运动的控制方案，在机器人在身体轴中加入了一个可变刚度机构，这使得机器人可以改变其身体轴的灵活性并控制行走过程中的分叉特性，基于这些特性开发了一种简单的控制程序，便能使机器人能够实现机动和自主运动。

这种方法不直接控制体轴的运动，而是控制体轴的灵活性，因此可以大大降低计算复杂度和机器人运动时的能量需求。据介绍，该机器人主要由标准金属和直流电机组成，外表基本上都是硬的，除了身体部分偏航接头中的扭力弹簧具有柔软特性，然而，正是这些软元素控制着机器人的整个动力学并创造了各种类型的运动，从而大大提高了性能，这似乎是在软体机器人中发现的一个优势。

目前研究人员已经将他们的发现应用于农业，并计划使用这些机器人来为除草剂无效的农田除草。未来，这款机器人还有望用于太空探索和搜救。研究人员表示，对于先进的双足机器人，通常需要许多传感器来实时控制它，但在搜索和救援、探索火星，甚至微型机器人等应用中，需要驱动具有有限感知能力的机器人。

接下来，研究人员还将继续改进机器人，他们正在确定机器人的最佳的腿数，以在不进行传感的情况下以一种经济高效但仍保留优势的方式实现运动

文章来源： 大数据文摘，维科机器人网，光明网，机器人大讲堂