每年大學生們的機器人大賽，都會讓人看得激情澎湃。一群初出茅廬的大學生，自己親手搭建機器人，并在賽場上盡情揮灑汗水與激情的場景都會讓無數人動容。而今年的 Robocon 大賽，由于四足機器人賽題的加入，顯得尤為好看。其中來自哈爾濱工業大學的四足機器人便深深吸引了我的眼光。

近幾年來，由于種種原因，四足機器人成為很多高校與公司爭相研發的機器人項目。其中一些國外公司與高校的明星產品，頻頻刷爆我們的朋友圈。但與之對比我們了解到的國內四足卻很少，所幸的是今年 Robocon2019 賽題中便有一項關于四足機器人的比賽，從眾多參賽的團隊中也讓我們看到了中國大學生在創造四足機器人的能力上是完全不輸國外學生的。

在比賽中，來自哈工大競技機器人隊的四足機器人動作靈活、速度驚人，并獲得了全國季軍，馬術單項賽競速組冠軍的好成績。下面就讓我們一起來看一下來自哈工大的四足機器人。

哈工大競技機器人隊

哈工大我們自是不必過多介紹，這所有著近百年歷史的中國雙一流大學，在眾多學科領域的貢獻與排名我們都有目共睹，是一眾莘莘學子們可望而不可即的國內頂級學府。

在這所學校中，也成長著一支非常優秀的機器人團隊 —— 哈工大競技機器人隊。該團隊成立于 2002 年，由哈爾濱工業大學校團委的指導和組織，全校各專業學生自愿報名參加組成。該團隊經過 18 年的技術積淀，建立了機械，控制，硬件，傳感等全面全自主的技術體系。參與亞太大學生機器人大賽 robocon，全國大學生機器人大賽 robomaster，icra dji 人工智能挑戰賽等國內外機器人賽事，和其他各類創新創業賽事，取得了多次冠軍和全國一等獎等榮譽。

哈工大四足機器人 “踏浪”

Robocon 比賽是亞洲廣播聯合會（ABU）在 2002 年發起的一個大學生機器人創意和制作比賽。比賽每年發布一個新規則，需要參賽者綜合運用機械、電子、控制等技術手段完成規則設置的任務，可以說是本科階段最高機器人賽事。作為高技術門檻的機器人競賽平臺，自 2002 年來，已經成功舉辦了 16 屆，國內先后有百余所院校踴躍參加，多年以來參賽的同學親切的將之稱為蘿卜坑。

今年，Robocon2019 賽題中，其中一部分要求是制作一個四足機器人，需要實現直線，轉彎，越障，過繩，上坡等功能。哈工大機器人對的隊員們針對賽題，在機械控制和硬件上開展了 8 個多月的研發工作。最終完成了一個可以實現跳躍和高速奔跑的通用四足機器人 “踏浪”。

“踏浪” 在戶外移動

經過幾輪的設計迭代，“踏浪” 被設計為并聯的8 自由度四足機器人，并搭載了視覺系統，通過識別場地中元素，獲得自身位置信息。機械與硬件整體成本還控制在了1 萬元人民幣左右。

收到指令后，撒丫子就跑的 “踏浪”

機械上，“踏浪” 的每條腿使用并聯構型，雖然并聯構型在工作空間和尺寸上有劣勢，但是在出力和速度上較串聯構型有優勢，這種方案非常適合電機性能較差的條件。同時采用了主流的低減速比搭配大扭矩無刷電機的驅動方案。

考慮到成本問題，團隊使用了一級齒輪傳動，大齒輪使用尼龍齒圈小齒輪使用鋁合金齒輪，最終實現了 5.8:1 的減速比。雖然 8 自由度方案，無法實現機器人全向移動，但是通過差動轉向的方式，足夠滿足實際需求。

“踏浪” 快速上坡

控制上，使用 stm32 與 FPGA 作為控制算法的硬件平臺，通過自行設計制作的有感 FOC 驅動器實現對電機的力矩控制，并使用阻抗控制方法實現了腿足的主動柔順效果。在四足逆運動學的基礎上，規劃足端軌跡，在視覺信息的引導下，最終全自動地完成比賽。使用 IMU 反饋做姿態穩定控制，并在腿足上安裝壓力傳感器，實現碰撞檢測。

“踏浪” 跳躍障礙物

視覺上，使用 Intel 微型電腦作為處理平臺，傳感器使用華碩 Xtion Pro Live 深度相機，與 270 度舵機結合，實現對賽場環境的多方位掃描。算法方面以 Point Cloud Library 及 OpenCV 等開源計算機視覺庫為基礎，對深度相機采集的場地特征進行識別分析，得到機器人當前的絕對位置，指導機器人行進及完成特定動作；通過三維點云與二維圖像的結合與轉換，加快算法速度，提高識別效率。

登頂瞬間

下面讓我們欣賞一下有關 “踏浪” 機器人的比賽實況：

桌面級 12 自由度四足機器人

另外，在備賽期間，出于對 12 自由度四足的興趣和宣傳需要，該團隊還設計制作了一款桌面級的四足機器人。可以實現全向移動和機體六自由度控制，并基于 IMU 做了地形適應和自穩定功能。動力部分使用 12 個總線舵機，機體采用全 3D 打印結構。

小型桌面四足機器人

這款小四足相比前面的大家伙似乎更可愛了一點，而且也實現了各種功能，看上去真想自己做一個養在家里呢！

小狗 MU 自穩

小狗地形適應

小狗全向移動

小狗姿態控制

而且團隊還將這款桌面級的四足機器人的制作教程發布到了網上，方便喜歡四足機器人的同學自己動手完成。

有感興趣的同學，可以前往 bilibili 網站搜索視頻教程：

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