时速22公里、载荷50kg，这只四足轮腿式机器人学会了变身

机器之心报道

编辑：陈萍

想象一下，一个机器人，它不仅仅能在四轮模式下疾驰如风，还能瞬间切换成两轮模式稳稳地站立。这样的机器人，无疑让人眼前一亮。它不仅突破了我们对机器人的传统认知，更展示了科技的无限可能。

你是否见识过这样一个四轮机器人，敢于挑战特斯拉的速度极限，与之飙车？它如同一匹未被驯服的野马，在科技的草原上奔腾。它的存在，不仅仅是为了展示科技的进步，更是为了激发我们对未来无限的好奇与想象。这样的机器人，无疑是这个时代的科技创新的一大亮点。这款Swiss-Mile机器人真可谓是一路高歌猛进！无论是走楼梯还是跑平地，都表现得相当出色。想象一下它快速下楼梯的英姿，简直如同一只驰骋的猎豹，“一往无前”的气势十足。而除了传统的四足行走，它还能化身为人形机器人，展示出惊人的平衡能力。

这款机器人是由大名鼎鼎的苏黎世联邦理工学院的衍生公司Swiss-Mile开发的，自然继承了学院的技术精髓。它的名字也与公司名相得益彰，被亲切地命名为Swiss-Mile机器人。实际上，这款机器人是在ANYmal机器人的基础上华丽转身而来的。ANYmal原本是一款只能在四足间行走的机器人，如同一只活泼的小兽。经过研究者的巧手改造，他们在ANYmal的“腿”上增加了轮子，使其既能保持行走的自由度，又能享受到滑行的快感。如今，ANYmal已经能够双腿站立，宛如一位矫健的舞者，在舞台上展示出它的风采。

无论是从技术的角度还是观赏的角度，这款Swiss-Mile机器人都给我们带来了不小的惊喜。它的出现，不仅展示了科技发展的无限可能，也让我们对未来充满了期待。根据Swiss-Mile官网的详细介绍，Swiss-Mile机器人以其惊人的速度征服了众多领域。其速度高达6.2m/s，相当于每小时22.32公里或每小时13.87英里，无论是室内还是室外，它都能轻松应对。更令人惊叹的是，这款机器人能够携带工具、材料、货物和传感器，最大有效载荷达到50公斤，同时克服各种具有挑战性的障碍。

Swiss-Mile机器人的开发领军人物是Marko Bjelonic，他对这款机器人的评价充满热情：它既像汽车一样快速，又像四足动物一样灵活，还能人形行走，最高时速可达22公里。最引人注目的是，它能克服各种障碍，甚至能两腿站立！

Marko Bjelonic因开发轮腿机器人ANYmal而备受瞩目。这一项目的成功得益于他在苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室攻读博士学位期间的研究和众多导师的指导，包括Marco Hutter、Stelian Coros以及MIT的Sangbae Kim。作为一名博士后，Bjelonic致力于将轮腿式机器人应用于现实世界的各种场景中，而Swiss-Mile公司正是他实现这一梦想的平台。

通过官方发布的视频，我们得以一窥Swiss-Mile机器人的奥秘。这款机器人巧妙地运用了轨迹优化技术，将高级任务转化为动态可行的运动。这些动作被存储在一个运动库中，机器人可以根据需要从该库中选取单个运动进行组合，并实时反馈至MPC系统。整个过程如同精心编排的舞蹈，流畅且高效。

对于拥有腿部的机器人来说，轮式设计与腿式设计各有千秋，而Swiss-Mile所采用的轮腿式设计则融合了二者的优点。当轮子被锁定时，机器人可以像传统轮式机器人一样行走，轻松应对爬楼梯、下坡等高难度动作。当轮子解锁时，其移动速度将大大提升，远超传统腿式机器人。这种设计的效率比传统的腿式系统高出83%，这一数据令人惊叹。

Swiss-Mile官网向我们展示了这款机器人的巨大潜力。未来，该公司计划将其商业化，用于完成各种任务，包括但不限于地图绘制、检查、救灾以及城市环境中的物流运输等。与传统的轮式送货平台和轻型送货无人机相比，Swiss-Mile机器人在地形适应性方面具有显著优势，它能够克服平坦地形，越过台阶和楼梯等障碍物，并在室内和室外空间承载重型有效载荷。

尽管关于Swiss-Mile机器人的详细信息尚未在官网全面公开，但我们可以从其基于ANYmal机器人的设计推测一二。ANYmal机器人的先进技术为Swiss-Mile机器人提供了坚实的基础。我们期待这款机器人在未来能够带来更多的创新与突破。ANYmal机器人是由ANYbotics公司精心打造的。ANYbotics公司成立于2016年，是瑞士苏黎世联邦理工学院的一项衍生公司。该公司专注于开发适用于工业应用的移动机器人技术，其卓越成就甚至曾登上《Science Robotics》杂志的封面。

早期的ANYmal机器人虽然没有轮子，也无法双腿站立，但它以其独特的方式在各种地形中表现出色，徒步过河也不在话下。

ANYbotics的研究团队为ANYmal机器人设计了一种稳健的控制器。这款控制器能在充满挑战的地形中，实现盲四足运动。它仅使用联合编码器和惯性测量单元的本体感受度量，这些是腿式机器人中最耐用、最可靠的传感器。控制器的操作过程如下图示。

该控制器被成功应用于ANYmal四足机器人的两代版本中。这款四足机器人在泥土、沙子、瓦砾、茂密的植被、雪地、水中及其他越野地形中，都能安全地小跑。

在模型创新方面，研究者并未采用传统的多层感知器（MLP）来处理机器人当前状态的快照数据，而是采用了更为先进的序列模型——感受状态的时间卷积网络（TCN）。这一变革赋予了模型全新的动态处理能力。

接下来，研究者对 ANYmal 机器人进行了创新改进，为其增添了四个轮子。在此基础上，他们提出了一种全新的整体模型预测控制器。这款控制器能够同时优化车轮和躯干的运动，为 ANYmal 轮腿机器人带来更为出色的控制能力。

ANYmal 在增添四个轮子后，其运动能力得到了极大的扩展。研究者进一步提出了一个创新的在线轨迹优化（TO）框架。这个框架将问题分解为轮子的单独优化和基本轨迹优化两部分，从而使得轮式-腿式机器人能够以模型预测控制（MPC）模式进行运动。

为了达成动态一致的运动，轮式 TO 必须要考虑到轮子的滚动约束。而基础 TO 则侧重于机器人在运动过程中的平衡问题，这里引入了零力矩点思想（ZMP）。一种分级的 WBC（Whole Body Control）通过计算所有关节的扭矩命令来追踪这些运动。

这个混合运动框架极大地提升了轮-腿机器人的能力，使其能够应对各种步态，包括静态稳定步态、动态稳定步态以及 full-flight phase 步态等。研究者能够以毫秒为单位快速切换机器人的运动模式，这使得机器人能够稳健地应对无法预知的干扰，从而有望在现实世界中广泛应用。

通过不断的创新和优化，研究者正在打开轮-腿式机器人的新纪元，为机器人在复杂环境中的自主运动提供了更为广泛的可能性。图 2 演示】运动规划和控制结构的生动展示。基于 ZMP 方法的运动计划，充分考虑了优化的轮子轨迹和机器人的实时状态。其中，分级 WBC 优化了整体加速和接触力度，追踪操作空间推理的精细过程。最终，扭矩数据精确传送到机器人执行。由于采用了创新的分层结构，轮子 TO、基础 TO 和 WBC 可以实现并行处理，大大提升了效率。

图 3 详解】车轮基本轨迹的草图揭示了核心要素。

原文链接： 提供了更多深入的信息。

文中的动图截取自：

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