双足机器人结合行走和飞行以导航崎岖地形

加州理工学院的研究人员开发了一种双足机器人，它结合行走和飞行来创造一种新的运动方式。这种新的组合使得机器人能够执行复杂的动作。

该机器人是行走机器人和飞行机器人的混合体，它被称为LEONARDO，或简称LEO。它能够走平衡木，跳跃和骑滑板。

该机器人由加州理工学院自治系统和技术中心（CAST）的团队开发，它是第一个使用多关节腿和螺旋桨推进器来实现平衡控制的机器人。

该研究于10月6日发表在Science Robotics.

Soon-Jo Chung是通讯作者和航空航天和控制与动力系统的Bren教授。

“我们从自然界中汲取灵感。想想鸟类如何拍打翅膀和跳跃来导航电话线，”Chung说。“当鸟类在行走和飞行之间移动时，会发生复杂而又耐人寻味的行为。我们想了解和学习这种行为。”

“一个人穿着喷气式飞行服控制腿和脚时的着陆或起飞方式与LEO使用同步控制的分布式螺旋桨推进器和腿部关节的方式有相似之处，”Chung补充说。“我们想从动力学和控制的角度研究行走和飞行的接口。”

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双足机器人

双足机器人使用类似人类的动作来导航现实世界的地形，这些动作可以包括跑步或跳跃。然而，崎岖的地形通常使得这种情况难以发生。飞行机器人可以轻松地导航同样的崎岖地形，但它们也受到高能耗和有限的有效载荷能力的限制。

Kyunam Kim是加州理工学院的博士后研究员，也是论文的共同第一作者。

“具有多模式运动能力的机器人可以比传统机器人更高效地通过具有挑战性的环境，方法是适当地在其可用的运动方式之间切换。特别是，LEO旨在弥合现有机器人系统中通常不交织的空中和双足运动的差距，”Kim说。

开发混合运动

研究人员试图通过依赖于行走和飞行之间的混合运动来解决这个问题。LEO具有轻量级的腿部，可以通过支撑大量重量来减轻推进器的负担。

Patrick Spieler是论文的共同第一作者。

“根据需要跨越的障碍类型，LEO可以选择使用行走或飞行，或根据需要混合两者。此外，LEO能够执行即使对于人类来说也需要平衡技巧的不寻常运动，例如走平衡木和滑板，”Spieler说。

LEO高2.5英尺，具有两条腿和三个驱动关节，以及四个安装在机器人肩部的螺旋桨推进器。LEO的螺旋桨在行走时帮助保持机器人直立，腿部执行器通过使用同步行走和飞行控制器改变腿部的位置来移动机器人的重心。当LEO飞行时，它像无人机一样运行，只使用螺旋桨。

Elena-Sorina Lupu是加州理工学院的研究生，也是论文的共同作者。

“由于它的螺旋桨，即使你用很大的力气戳或推LEO，也不会真正把机器人推倒，”Lupu说。

该团队现在将致力于通过开发更坚固的腿部设计来支持更多重量来提高LEO的性能，他们还将提高螺旋桨的推力。另一个目标是使LEO更加自主，并配备新开发的无人机着陆控制算法。

“目前，LEO在行走时使用螺旋桨来保持平衡，这意味着它的能量利用效率很低。我们计划改进腿部设计，使LEO能够在几乎不使用螺旋桨的情况下行走和保持平衡，”Lupu说。