【新智元導(dǎo)讀】SpaceBok是由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世應(yīng)用科技大學(xué)的學(xué)生團隊研制的四足機器人，設(shè)計用于在月球或者小行星等低重力體上行走，目前SpaceBok正在歐洲宇航局的ESTEC技術(shù)中心進行測試。

月球上的宇航員通過雙腳跳躍的方式進行移動，而不是采用雙腳交替行走的方式，因為在低重力環(huán)境下，跳躍是一種非常有效的移動方式。SpaceBok機器人的設(shè)計靈感就來源于此，為了探索四足機器人在低重力環(huán)境下的“動態(tài)行走”。

所謂“動態(tài)行走”就是行走步態(tài)中存在四足全都不著地的騰空期，“動態(tài)行走”具有優(yōu)秀的能效，在動物界中較為常見。Spacebok機器人則是仿生了跳羚實現(xiàn)快速移動的跳躍步態(tài)。Spacebok的名稱也來自太空（Space）和跳羚（Springbok）兩個單詞的結(jié)合。

SpaceBok的招牌太空步是連續(xù)的跳躍移動，非常具有節(jié)奏感。連續(xù)跳躍的高度比單次垂直跳躍的高度低的原因是連續(xù)跳躍需要考慮機器人下落時的緩沖，而單次跳躍沒有考慮。

模擬太空環(huán)境的測試

月球上的重力加速度是地球上的1/6，所以在地球上連續(xù)跳躍高度看似一般的SpaceBok在月球上每次跳躍的高度可能會達(dá)到2米。當(dāng)它離開地面時，四足機器人需要穩(wěn)定自身再次安全降落在地面上，此時SpaceBok表現(xiàn)得像一個迷你宇宙飛船。

為了驗證SpaceBok機器人在月球上的平衡穩(wěn)定控制算法和跳躍性能，歐洲宇航局的技術(shù)中心搭建了模擬月球重力加速度的實驗裝置。

SpaceBok機器人從側(cè)面固定在了一根與水平面成一定夾角的斜向?qū)к壣?，?dǎo)軌的最低端固定了一塊與斜向?qū)к壌怪钡哪景逵糜谀M月球的地面。機器人從導(dǎo)軌高側(cè)向低側(cè)滑下來的加速度就是重力加速度沿斜向?qū)к壏较蛏系姆至?，因此只要斜向?qū)к壟c水平面的夾角合適就能保證機器人沿導(dǎo)軌下滑的加速度是重力加速度的1/6，從而實現(xiàn)了月球環(huán)境的模擬。

雖然目前SpaceBok機器人在模擬的月球環(huán)境中的跳躍高度只有1.3米，還沒有達(dá)到預(yù)期的2米，但是它能很好的利用軀干位置處的反作用輪實現(xiàn)空中和著地時刻的姿態(tài)控制。

為了進一步模擬小行星非常低的重力環(huán)境，SpaceBok機器人側(cè)身安裝在了一個自由浮動平臺上，保證了它在除側(cè)身方向外的另外兩個方向上沒有重力加速度。

當(dāng)SpaceBok機器人從一側(cè)墻壁往另一側(cè)墻壁運動時，它的反作用輪能夠控制它準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)軀干以保證足端而不是軀干與另一側(cè)墻壁發(fā)生碰撞，從而讓它再次落到另一側(cè)墻壁，如此周而復(fù)始的運動模擬了低重力環(huán)境下單個表面的連續(xù)跳躍。

目前SpaceBok機器人在歐洲宇航局的測試進展順利，后續(xù)將在包括障礙物、丘陵地形和真實土壤的環(huán)境中測試以及戶外測試。

緊湊而輕量化的設(shè)計

SpaceBok是為太空探索而設(shè)計的四足機器人，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面更加的緊湊和輕量化，以減小發(fā)射成本，它在結(jié)構(gòu)方面具有以下幾個特點：

使用高功率密度的力矩電機作為關(guān)節(jié)驅(qū)動單元，不僅可以減小驅(qū)動單元的重量，同時大力矩低減速比的驅(qū)動配置非常有利于關(guān)節(jié)的力矩控制；

采用一體化彈簧可以有效地緩解四足機器人著地時各足端的沖擊力實現(xiàn)安全降落，同時進行儲能，使機器人的下一次跳躍更高，從而減低關(guān)節(jié)的驅(qū)動功耗，提高了SpaceBok的續(xù)航能力，這個優(yōu)勢在外太空也是非常重要的；

大量使用碳纖維結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)機器人本體的輕量化設(shè)計，同時也保證了四足機器人的強度；

可完全折疊的腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效地減小運輸空間；

借鑒傳統(tǒng)衛(wèi)星的姿態(tài)控制裝置，研究人員在四足機器人的軀干位置安裝了反作用輪，通過它的加速和減速控制Spacebok的平衡。

看似矮小的SpaceBok四足機器人在地球上的垂直起跳高度就達(dá)到了1米，超出了大部分人類的彈跳力。

作為一名四足機器人，SpaceBok當(dāng)然可以實現(xiàn)對角小跑的步態(tài)。