波士顿动力遭遇狂奔机器人，猎豹式腿部设计告别传感器

【新智元导读】波士顿动力这回遇到了强劲的挑战者。美国 IHMC 研究院开发的狂奔机器人不用传感器，而是凭借自身的机械设计来保持奔跑时的动态稳定性。这一设计理念可能会引入到未来更多的系统中。

机器人巨头波士顿动力的双足机器人 Atlas、四足“大狗”机器人以及最新推出的轮式双足机器人“Handle”一直是其他机器人公司学习和挑战的对象。

位于美国佛罗里达州Pensacola的 IHMC 研究院（Institute for Human and Machine Cognition）就是一位强劲的挑战者。我们先看看他们的作品。

在传送带上奔跑的 FastRunner

FastRunner 的平衡核心——HexRunner

IHMC 刚刚在国际机器人挑战赛 DARPA Robotics Challenge 取得了第二名的佳绩

IHMC 从2002 年就致力于研发最尖端的机器人，刚刚在国际机器人挑战赛 DARPA Robotics Challenge 上取得了第二名的佳绩。团队负责人包括Jerry Pratt（双足行走）、Peter Neuhaus（exoskeleton）和 Mattew Johnson（人机系统设计），几位科学家正携手研发机器人技术。

IHMC 是佛罗里达大学的非盈利研究机构。IHMC 先锋技术的研究人员旨在利用和扩展人类能力。他们的研发以人为中心，成果多是认知、身体或感知方面的矫形系统，就像眼镜是一种眼睛矫形器一样。这些系统将人和机器组件适配在一起，利用各自的优势并减轻了其各自的不足。这比一般的研究机构更需要广泛的跨学科交流，因此 IHMC 的工作人员包括计算机科学家，认知心理学家、神经科学家、语言学家、医生、哲学家、工程师和各领域的社会科学家，还有一些拒绝一切分类的研究人员。

目前 IHMC 的研究领域包括：人工智能，认知科学，知识建模与分享，人机交互，人形机器人，外骨骼技术（exoskeleton），高级交互界面和显示，网络安全，沟通与协作，语言学和自然语言处理，计算机辅助学习系统，智能数据理解，软件智能体，专业知识研究，工作实践模拟，知识表示，大数据和机器学习等等。

IHMC 研究人员与行业和政府广泛合作，开展了面向社会多个领域应用的科学技术研究。研究合作伙伴包括：DARPA，NASA，IBM，微软，波音和中国上汽集团等等。

FastRunner 项目

在 IHMC 正在进行的多个机器人研发项目中，特别引人注目的是称为”FastRunner” 的项目。

除了平衡和流动性，IHMC 也一直在寻求推动腿式机器人速度和敏捷性的进步。他们从研究动物如何走动，尝试分析是什么让他们保持平衡和稳定。他们已经将这一研究到两个飞速行走的、生物学启发的腿式机器人——FastRunner 和 HexRunner。这些机器采用的设计通过将稳定性和鲁棒性结合到其形式和结构中，即使在动态活动（如跑步时）中也不需要复杂的平衡算法。

FastRunner 是一个新的双足平台，灵感源于最快的两足动物——猎豹，并在 IHMC 开发。研究员正在开发一种新颖的腿部设计，使 FastRunner 能够在自我稳定的同时实现前所未有的效率和速度。FastRunner 项目由 DARPA M3 资助。

测试中的 FastRunner 机器人

• 团队

FastRunner项目由IHMC领导，Jerry Pratt博士主管，他的团队正在使用基于物理的控制方法来设计，模拟和构建FastRunner。作为分包商，麻省理工学院的Russ Tedrake团队也加入其中，他们通过开发强大的非线性控制方法来参与这个项目。FastRunner团队在腿式和其他欠驱动系统的设计，构造，控制和优化方面拥有丰富的知识和经验。

FastRunner 在传送带上奔跑（正面）

• 目标与进展：

这个项目第一阶段的目标将集中在仅在矢状平面上运行。其里程碑包括：

用FastRunner实体仿真模拟演示可行性，在平地上以20mph跑步，在中等崎岖地形以10mph跑步。

单腿原型，性能匹配仿真结果，并证明机器人设计是可行的。

全平面FastRunner能够以20 mph的速度跑步。

调试过程中

• 模拟：

快速：FastRunner 从静止状态到22mph的加速只需要6秒。

高效：FastRunner的运输成本约为1.3，运行速度为每小时20英里。

自稳定：运行周期稳定，无全局状态控制反馈。FastRunner能从小的降档故障中恢复，并且能够在平缓的斜坡上运行。

• 硬件

70％的机械设计已经完成。

通过快速成型技术对一个完整的生产线进行加工。

FastRunner 目前还只能在传送带上或研究者手扶的情况下奔跑

注意！仔细观察研究者松手的一瞬间，FastRunner 是往前跑了两步才失去平衡的，这预示着无限可能

“它并不使用传感器和计算机来保持平衡，而是凭借自身的机械设计来保持奔跑时的动态稳定性。所有的智能都体现在机器人本身的物理设计中。”研发团队的负责人 Jerry Pratt 说。Pratt 的团队现正进行多款机器人的研发。这一设计理念可能会引入到未来更多的系统中。

“我们认为该机器人的研发会给更多的实用性奔跑机器人带来启发，让它们变得更高效，跑动起来更自然。” Pratt 补充道，“奔跑对于任何需要速度的应用都是有用的，尤其是很多地方轮子并不能正常工作。”

HexRunner 介绍

HexRunner 展现了 FastRunner 关键的平衡和控制技术，打破了很多机器人纪录。

这个“运动器”使用一个单独的马达驱动机器人的两条腿，腿部的椭圆形运动轨迹和机器人主体的形状一起保持了机器人的内在平衡。

研究人员表示，这个机器人目前能够以每小时 10 英里（约 16 公里）的速度跑动。不过如果它按比例放大到人类大小，它就能提速至每小时 20-30 英里（约 32-48 公里）。