機器人/機器人型別/步行者
“在航空旅行的早期，批評者們曾經爭論說，如果上帝想讓我們飛行，他就會給我們翅膀。如果他想要我們滾動，他可能也會給我們輪子——但相反，我們，以及絕大多數陸地動物，無論大小，最終都是用腿來行走的。”[1]
今天，大多數人造車輛都使用輪子，這是有充分理由的：輪子更容易製造和控制。在當今的經濟中，它們也往往比它們的腿式對應物便宜得多。然而，腿相比輪子有明顯的優勢。最大的優勢在於透過性和效率。腿式機器人具有獨特的能力
- 隔離他們的身體不受地形不規則的影響
- 避免不希望的立足點
- 調節他們的穩定性
- 實現能源效率[2]
這些優勢在現代機器人技術中非常可取，因此人們投入了大量研究來創造能夠行走的機器人。設計腿式機器人最具挑戰性的任務是建立一個能夠產生適當步態的系統。[3]
運動技術可以分為兩大類：靜態和動態。
使用靜態運動的機器人始終處於平衡狀態；也就是說，它們的重心始終在它們的接地接觸基座內。雖然這種技術已成功用於建立許多機器人（包括輪式機器人），但它更類似於輪式運動，而不是真正的動態步行，因此保留了較少的優勢。雖然比大多數輪式機器人更善於穿越不平坦的地形，但使用靜態行走的機器人效率非常低，因為每次運動都需要消耗能量。然而，使用靜態行走的機器人比它們的動態對應物更容易控制，因此通常更可行。
動態步行的一個特點是機器人並不總是處於平衡狀態。許多使用動態行走的機器人不斷地“跌倒”，因此效率更高。動態步行需要更復雜的控制系統，以防止跌倒。使用動態行走的機器人不能使用相同的速度進行不同的運動來實現不同的運動速度，而必須在不同的速度下使用完全不同的運動。然而，動態步行可以比輪式運動獲得更多優勢。動態步行在自然界中非常普遍。
動態行走的子集稱為被動動態運動。大多數動態步行系統使用主動控制來將腿移動到行走的正確方向（因此稱為主動動態步行）。被動動態行走的特點是“重力和慣性本身產生運動模式”的系統。[4]被動動態運動可以以最大的效率實現，因為車輛利用自身的向前動量來傳播其下一段運動。系統中幾乎沒有能量損失。被動動態步行的大多數概念和該領域進行的研究是由航空工程師塔德·麥吉爾在 1988 年至 1992 年間完成的。HistToys
已經開發了許多使用六條或更多條腿的不同步行機器人。這是因為使用這麼多條腿的機器人可以用靜態步行技術控制，而不是動態步行。大多數步行技術可以使用六足模型充分地演示
波浪步態
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- 六足機器人處於中立位置
- 前一對腿向前移動
- 第二對腿向前移動
- 第三對腿向前移動
- 身體跟隨腿向前
三足步態
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- 六足機器人處於中立位置
- 交替的腿在任一側向前移動
- 所有其他腿向前移動
- 身體跟隨腿向前
大多數使用六條或更多條腿的機器人使用這兩種步態模型的變體之一。
四足系統是另一種在自然界中很容易找到的步行方案。四足機器人具有在不移動時靜態穩定的優勢，但需要動態步行控制。四足機器人有許多不同的步行方式，包括像六足機器人那樣交替使用一對和相反的一對。然而，這些技術現在不再是靜態穩定的，因此需要動態控制。
波士頓動力公司為 DARPA（國防高階研究計劃局）開發了一款名為“大狗”的四足機器人，據他們稱，“這是地球上最先進的四足機器人。”[5]大狗可以以每小時四英里的速度奔跑，爬上三十五度的斜坡，並能承載 340 磅的重量。但最令人印象深刻的是它的動態步行：大狗可以從滑倒甚至被推倒中恢復過來。它的行為如此逼真，以至於它接近了臭名昭著的“恐怖谷”(http://en.wikipedia.org/wiki/Uncanny_Valley)。波士頓動力公司網站 (http://bostondynamics.com/content/sec.php?section=BigDog) 展示了大狗能力的影片演示。
三足機器人並不常見，尤其是因為它們沒有生物對應物。然而，弗吉尼亞理工大學 RoMeLa 實驗室的研究人員開發了一款名為 STriDER 的三足機器人，它使用了一種“革命性”的被動動態步行技術。STriDER 是自激三足動態實驗機器人的縮寫。STriDER 會搖擺，直到它能夠抬起一條腿，然後使用另外兩條腿作為 A 形架，將它擺動到另外兩條“支撐”腿之間，以六十度的角度向前移動。這種正在申請專利的“三足步態”非常節能，需要最少的控制。它還允許 STriDER 透過改變其步驟的順序輕鬆地改變方向。開發團隊釋出的影片可以在 http://www.youtube.com/watch?v=7XsaJwKKBYo&feature=related 找到。
雙足機器人可能已經獲得了最多的開發資金，因為自機器人技術領域誕生以來，人們就一直在設想類人機器人。被動動態行走的許多發展都是在這一領域進行的。雙足被動動態步行者的設計從帶輻條的輪子的概念開始。如果將輪子分成幾個部分，並將除兩個部分之外的所有部分都移除，我們就得到了看起來像一對腿的東西。當質量分佈得當時，每條腿都像倒立擺一樣起作用，並且機器人“滾動”完成它的步子。
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可以透過使用膝關節縮短腿（允許一條腿在不接觸地面的情況下越過另一條腿）和可以為步子提供“彈簧”的踝關節來增加模型的複雜性，將損失的能量重新添加回系統。有關被動動力學行走的更深入解釋，請訪問 http://www-personal.umich.edu/~artkuo/Passive_Walk/passive_walking.html。
有幾款機器人已經利用這些概念在機器人領域取得了第一。在德國和蘇格蘭開發的“RunBot”，在 2006 年 4 月以每秒 3.5 個腿長行走，打破了機器人按尺寸計算的速度記錄。[6]康奈爾 Ranger 雖然不是真正的被動式，但它受到被動式啟發，並且是許多擁有超過兩條腿但仍歸類為雙足機器人的機器人之一。從側面看，Ranger 似乎只有兩條腿，但實際上它有四條腿。這四條腿成對工作，使它成為雙足機器人，但也提供了更好的橫向穩定性。2008 年 4 月 3 日，Ranger 不間斷地行走 9.07 公里，當時是一個非官方記錄（據康奈爾團隊稱，它已被波士頓動力的“大狗”打破）。[7]
多年來，本田公司在製造雙足機器人方面一直是最成功的公司之一。他們最新的型號 ASIMO 是為數不多的看起來像人類的雙足機器人之一，它可以爬樓梯，並且攜帶自己的電源。ASIMO 還可以使用本田的 i-WALK 技術即時改變步態。這使 ASIMO 能夠不斷地改變速度和方向。機器人可以爬樓梯，並以每小時四英里的速度奔跑。[8]
在1980年和1993年，麻省理工學院（MIT）在製造單腿機器人方面進行了大量研究。MIT 實驗室推出了一系列“MIT 跳躍者”，它們可以自行平衡並穿越路徑。跳躍者最大的挑戰是它們無法靜止不動；為了保持平衡，它們需要不斷跳躍。研究人員能夠建造一個 3D 單腿跳躍者，它“原地跳躍、以特定速度移動、沿著簡單路徑移動，並在受到干擾時保持平衡”。[9] 他們還建造了一個名為 Uniroo 的跳躍者，它使用一個驅動尾部來保持平衡。 [10]
- ^ “McGeer_1992_Chap.pdf (application/pdf Object).” 10 Oct 2008 <http://www-personal.umich.edu/~shc/McGeer_1992_Chap.pdf>.
- ^ “Gait Generation for Orthogonal Legged Robots.” 13 Oct 2008 <http://ranier.hq.nasa.gov/telerobotics_Page/Technologies/0302.html>.
- ^ “mcgeer_1990_passive_dynamic_walking.pdf (application/pdf Object).” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/history/papers/mcgeer_1990_passive_dynamic_walking.pdf>.
- ^ “History of Passive Dynamics & Toys.” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/history.htm>.
- ^ “Boston Dynamics: The Leader in Lifelike Human Simulation.” 13 Oct 2008 <http://bostondynamics.com/content/sec.php?section=BigDog>.
- ^ “Robot Shatters Speed-Walking Record | LiveScience.” 13 Oct 2008 <http://www.livescience.com/technology/060428_speedy_robot.html>.
- ^ “Cornell Ranger, walking robot.” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/papers/CornellRanger/index.html>.
- ^ “ASIMO - The World's Most Advanced Humanoid Robot.” 13 Oct 2008 <http://asimo.honda.com/InsideASIMO.aspx>.
- ^ “MIT Leg Lab Robots.” 13 Oct 2008 <http://www.ai.mit.edu/projects/leglab/robots/robots-main.html>.