舍百万年薪造“哪吒”？稚晖君开发双足机器人实现轮足切换结构创新设计！

大数据文摘转载自机器人大讲堂

那个离职华为消失了半年的B站UP（鸽子）主@稚晖君带着他的新作——很新的机器人回归了。

对于粉丝们来说，半年的煎熬终于可以在这一刻释放了，而对于这个自带热点的男人来说，B站当天的热搜榜首也是被安排得明明白白。

前方高能，全新双足机器人露面

这次他设计的是一款双足机器人，名叫neZHa，咱先来看看“哪吒”的整体效果图：

头顶“火尖枪”、双侧“混天绫”、脚抵“风火轮”，这霸气的造型着实跟它的名字很应景。

在日常生活中，地面机器人的运动形式方面主要分为双足和轮式机器人两大类。区别于日常生活中大家常见的轮式机器人 ，足式机器人的天然优势就是在于它对非结构化复杂地面环境的更好适应能力。

但是要问目前这么多双足构型是否完全解决了全地形高效通过性的问题了呢？

稚晖君认为还不完全，原因是腿足式结构带来更好地形适应性和灵活性的同时，存在的问题是其能量转换效率低下，相同能量下轮式机器人的续航会比足式机器人高得多,而这个问题在日常生活中大量平整地面上差距会更加明显。

那有没有一个方案能够即适应多种复杂地形，又能提高能量转换率呢？

稚晖君给出了答案，他开发出了一款：轮+足的构型，还给它起了一个中二病的名字——轮组二相腿。

轮组二相腿，“哪吒”是这么造的？

其实，市面上已经有类似结构出现，像Handle、Anymal、刑天这样的常规轮足：

Handle

Anymal

刑天

但这类轮足实际上还是只能工作在轮驱动的模态，并不能指望他们像人类一样顺畅的上下楼梯，而稚晖君希望实现的是一种真正可以切换模态的轮足。

轮组二相腿

想法虽容易，实现起来却是困难重重，比如，如何去设计一个物理上可以实现的可驱动万向节、优化腿部的惯量、参数辨识和简化模型以及切换不同模态下控制器等。

最终他决定，在结构设计方面采用串并联驱动组合的构型,每条腿为依然满足三维空间完整约束的最小自由度六个，保证每条腿的基础运动不受阻碍。

改造的重点在于，与常规的双足机器人不同，稚晖君把一般被放置在大腿第一个关节的偏航角自由度转移到了最后一个关节，让它可以被替换为一个可转动的轮子。

偏航角改变

一个不受约束的物体，在空间中具有沿着直角坐标轴三个方向的六个独立运动。起到骨骼作用的并联连杆和起到关节作用的万向节，让轮子能够在两个方向上自由移动。

足式和轮式两个模态之间的切换就此实现。

稚晖君还调整了电机等重要部件的位置，让整体结构变得更省力。整条腿的材料采用轻量化设计，最大程度降低了制造机器人的资源浪费。

模拟整体展示

稚晖君也直言，这是他迄今设计过最复杂的结构。

不愧是科技圈的 KOL，真佩服的五体投地。

赛博机器+国风神话，“哪吒”现世

说了这么久，让我们来看看实物，最后的效果可以说是赛博机械和国风神话的结合：

整体实物展示

大家可以看到一些熟悉的元素，比如火尖枪、混天绫、风火轮，哪吒（neZHa）的命名也由此而来。

哪吒元素

在内部设计上，稚晖君对硬件电路和软件算法也都做了协同设计。电路方面主要是驱动模块和计算模块的设计，所有的无刷电机都是采用稚晖君自己设计的FOC驱动器来控制的，通过两路CAN总线进行级联。

FOC驱动板

下位机主控使用的是稚晖君之前设计的 REF Pro核心模组，基于Cortex-M7 内核的MCU。

REF Pro核心模组

上位机使用了GPD的一台非常强大的迷你X86PC，其性能相当于I7 8700K 的水平，用于运行上层的控制算法和规划算法。

迷你X86PC

传感器方面使用了一个 Real Sense的深度相机用于视觉算法。

深度相机

而且还通过一个比较巧妙的结构实现，解决了脚掌变成360度旋转以后，无法安装足底传感器的问题，实现了比较好的足底触地检测，以及地面反作用力矩的检测。

最后，还借用了RoboMaster S1 的脑壳，稍微做了点逆向工程，把它完美集成到了neZHa的控制系统中，在控制算法方面，这一版的原型机基于比较传统的线性倒立摆加ZMP的方式。

倒立摆

未来探索，拭目以待

在未来的优化中，稚晖君透露还会在硬件上加入关节输出力矩闭环，从而切换到MPC和WBC全身力控的方法。

他表示，这个视频仅仅是一个阶段性的报告，有关 neZHa 机器人的未来进度，将会在今年某个“大事情”的发布会上作为彩蛋和大家见面。所以，“哪吒”的出现，还只是一个开始。

正如他所说，他希望自己的每一个个人项目都是他至今为止做过最复杂的项目，并希望能在当今这个AI+机器人的时代节点上贡献出自己的力量，话说已经开始期待稚晖君下一个作品了~

视频源地址：

https://www.bilibili.com/video/BV1Uh41137Th/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=91a48bed2f59c6d2ee4d794886e9acd5

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