摘要：随着电子计算机的高速发展，计算机的算力得到了质的提升，一方面以神经网络为代表的足式机器人控制算法得到广泛应用，仿生足式机器人的发展进入一个新的阶段，足式机器人可以像现实中的动物一样，完成后空翻、爬楼梯甚至是跑酷这类的复杂动作。另一方面视觉识别等传感器的发展使机器人的感知能力大大提升，机器人可以对身边复杂环境做出更深刻的认识和判断，使机器人独立完成复杂任务成为了可能。足式机器人比传统的轮式或履带式机器人更加灵活，对环境的适应性更强，成为完成在复杂环境中完成复杂任务的首选，而四足机器人作为最合理的足式机器人之一，具有比六足或八足机器人结构上更简单，比两足机器人的动态和静态稳定性更好等优点，成为了仿生足式机器人的研究热点。但足式机器人本身也存在一些问题，比如在平坦的城市路面，由于四足机器人本身的刚性结构，足式机器人运动过程中冲击较大，加速了自身零部件的磨损，在运动速度和效率上比不上轮式或者履带式机器人，因此，近些年来混合式四足机器人得到了人们重视。本文主要向各位读者介绍国内外混合式四足机器人，并比较分析其中的优缺点。
　　足部轮式混合机器人
　　目前，最流行的混合式机器人就是在足部安装有独立电机驱动轮的四足机器人， 这种机器人在轮子制动时可以同普通的四足机器人一样完成各种跃障动作，而当机器人的轮子转动时，机器人可以像高级越野车一样在城市的路面行驶，机器人四肢安装的关节电机可以根据路面进行调整，始终保持机器人的平稳行驶。但是这种机器人本身也存在一些缺陷，安装在足部的轮子如果过小会影响整体机器人的平稳性，产生的震动会加速机械零部件的磨损，也会影响机器人的行驶速度，而如果机器人足部的轮子过大则会影响机器人的灵活性，影响机器人在通道中上下楼梯。
　　美国NASA曾经研制了一款六足混合式机器人，打算用于其它行星的地表勘测，这种机器人更多情况下适用于在四面相对平坦的野外地形，相信在不久的未来，这样的机器人将成为人类探索其他行星的好帮手。
　　可变形的混合式机器人
　　如图2所示，这是一款国外创新公司设计的一种具有两种模式的六足机器人，设计人员从沙漠中一种蜘蛛的运动中得到了灵感，这种蜘蛛在遇到紧急情况时会利用利用自己的腿来做后空翻，从而使自己在沙漠中快速运动。这种翻滚式混合机器人在一般情况下仅用四条腿运动，而有快速运动需要时，机器人的四条腿会拼合成两个圆圈，而另外的两条腿会像船桨一样拨动地面，驱动机器人向前滚动。这种机器人在运动方式上极具创新，但是也存在这两个很严重的缺陷，首先是机器人在翻滾运动中并非是完全可控的，无法完成对机器人运动的精确控制，另一方面机器人在翻滚过程中大量的传感器都将不能被使用，例如如果激光雷达和深度相机这样的传感器固定在机器人的躯干上，传感器将会随机器人一起翻滚，最终导致无法完成其正常功能。但是这种机器人在能耗上却表现非常突出，噪音也非常小，可以在野外执行较为特殊的任务。
　　如图3所示，这是一款来自我国台湾一所高校设计研发的一款折叠式混合四足机器人。这种机器人通过腿部的电机可以将轮子折叠起来，从而实现机器人轮足两种模式的转换。这种机器人核心要解决一个问题，那就是负责折叠轮子的电机将随轮子一同转动，电机的驱动和控制电路的布置需要做特别的设计，以保证电机的线路不会缠绕在机器人腿部。
　　从图中我们也可以看到这类机器人也存在一些显著的缺陷，那就是机器人半圆形的腿部形状非常不利于机器人的跃障，在跃障过程中，机器人的腹部将会与台阶发生碰撞，从而降低了机器人的越障能力。
　　如图4所示，这是一款来腿部可以展开的混合式机器人模型，机器人腿部的舵机可以将轮子展开从而将机器人转化为足式机器人，这种机器人同样也存在这两个缺陷，第一个缺陷同图3所示的机器人一样，机器人的腿部电机随轮子一起转动，也需要设计特殊的电路传导装置，第二个缺陷是机器人的腿部结构比较臃肿，机器人在处于足式模式下，不具有较好的灵活性。
　　混合是四足机器人的控制
　　在混合是四足机器人的控制方面，一般情况下拥有两套不同的模式，分别针对于足式和轮式这两种模式，通过机器人本身搭载的激光雷达和深度相机来感知周边环境，并判断机器人应该转换为何种模式，目前随着人工智能技术的不断提升，机器人已经可以具备自我感知周边环境并做出自己判断的能力了。在处于足式模式下，机器人一般采用中枢神经控制器CPG（Central pattern generators）产生相位互锁的节律信号来控制机器人的腿部运动，其中融合神经网络控制算法对机器人系统进行训练，实现机器人在复杂环境下的运动控制。而处于轮式模式的机器人在控制方面相对传统，对于腿部自由度较少的机器人可以采用差速转向，对于腿部自由度高的机器人可以采用更为灵活的控制方式。
　　太原理工大学 山西省太原市 030024