IEEE机器人专家解答：为何四足机器人大多设计成狗的形态？

根据最新相关数据显示，目前中国机器人市场迎来黄金发展期，未来五年内市场规模有望达到6000亿元 。近年来得益于相关技术的不断发展创新，智能机器人得以应用在更广泛的工作及生活场景。而这其中，凭借对复杂多变环境的强适应性，四足机器人成为最具发展前景的机器人类型之一：不仅能被运用在复杂地形勘察、危险环境巡检等专业领域，还是日常生活中高效配送货物的好帮手。

那么，四足机器人到底有何独特之处？为什么大部分四足机器人都会设计成“狗”的形态？对此，IEEE高级会员刘明与IEEE会员Jayakrishnan Thrivikraman Nair两位机器人领域专家分别给出了他们的专业解答。

四足机器人vs其他机器人：更稳健的运动能力

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IEEE高级会员，香港科技大学智能驾驶中心主任、机器人与自主系统领域主任刘明认为，强大的障碍跨越能力以及更低的生产成本，是四足机器人区别于其他机器人得以被广泛应用的两大突出优势。

“与其他类型的机器人相比，比如轮式机器人，四足机器人不仅能实现更稳健的运动，还有更强的障碍跨越能力，能够在复杂的地形上行走、上楼和下楼，这是轮式机器人无法完成的。” 刘明博士解释道：“尽管双足机器人也可以执行类似的任务，但其运动的平衡及稳定性也远远落后于四足机器人。”

此外“由于结构更加简洁、需要使用零部件较少，相对低的生产成本也推动了四足机器人的普及；同时，四足机器人的维护成本也比双足机器人低得多。”刘明博士进一步分享到。

“狗形”机器人：更稳定的膝部结构

“狗形”机器人，即我们俗称的“机械狗”，是四足机器人中最常见的一个种类。那么，为何四足机器人大多会设计成狗而不是其他四足动物的形态？

答案就在于“机械狗”独特的膝盖构造。刘明博士认为当今大多数四足机器人看起来像狗，主要原因在于它们膝部的方向。“不同于马的前脚膝部向前、后脚膝部向后，狗的四肢膝部都是一致向后的，这种设计可以帮助‘狗形’机器人在执行上楼任务时，拥有一个更大的、能够避免碰撞的腿部活动空间。”

除此之外，低重心也是四足机器人主要设计成“狗形”的一个重要原因。 IEEE会员Jayakrishnan Thrivikraman Nair表示，狗的腿部最后一节长度与高大动物相比非常短，而这意味着狗有着更低的重心、更稳定的形态和活动能力。“这也确保了狗的前后腿形态和比例是相同的，进而让机器狗生产中的硬件复制和步态控制变得更简单。” Jayakrishnan Thrivikraman Nair补充说。

“狗形”机器人的优势与缺点

目前，“狗形”机器人最突出的应用领域为复杂地形和极端环境的监测和探查，比如进行灾难搜救、或探测那些对人类而言过于狭窄和危险的地方。

“四腿着地是最简单的静态稳定运动形式，这可以让机器狗穿越具有挑战性的地形。” IEEE专家Jayakrishnan Thrivikraman Nair说到，“凭借四条腿，机械狗可以实现三种不同的步态移动：步行、小跑和奔跑。此外，这种机器人形态还实现了低生产成本、机器人高可控性以及在粗糙地形上行走的较强能力这三者的最佳平衡。”

当然，“狗形”四足机器人也存在着一定的缺点。“首先，它们的能源效率往往很低，大多数四足机器人只能持续工作一个小时。”IEEE专家刘明解释道，“此外，这类机器人步态的噪音很大，某些人群可能无法忍受。这些缺点都会阻碍四足机器人在日常生活中的更广泛应用。”

IEEE专家简介

刘明，IEEE高级会员，香港科技大学电子及计算机工程学系副教授，香港科技大学机器人与多感知实验室主任，香港科技大学智能驾驶中心主任，一清科技创始人。刘明教授主要从事移动机器人、映射导航、深入学习、计算机视觉等领域的研究工作。

关键词： IEEE