斯坦福后空翻机器人设计、代码全开源

斯坦福学生机器人俱乐部（Stanford Student Robotics club）Extreme Mobility 团队最近迎来了一名新成员——一个名为 Stanford Doggo 的四足机器人。这个机器人能跳 1 米多高，还能表演后空翻。与其余四足机器人动辄上万美圆的成本不一样，这个机器人的成本降到了 3000 美圆如下，并且设计团队开源了该机器人的设计图、代码以及材料清单。任何感兴趣的人都可以经过这些材料打造属于本身的 Doggo 机器人。

成本低至 3000 美圆，人人都能动手 DIY

Doggo 的设计和其余小型四足机器人相似，但其独特之处在于，该机器人成本较低，并且容易得到。其余相似的机器人一般要花费上万美圆，但该机器人的设计者——斯坦福 Extreme Mobility 实验室估计，Doggo 的总成本不会高于 3000 美圆。并且，Doggo 的整个设计都是开源的，几乎全部的零部件均可以在网上买到。

「咱们见过不少研究中所使用的四足机器人，但你一般没有办法把它们带到本身的实验室并用在本身的项目中，」Extreme Mobility 负责人、机械工程专业学生 Nathan Kau 表示。「咱们但愿 Stanford Doggo 成为一款你能够本身构建的低成本开源机器人。」

Stanford Doggo 如今已经能完成走路、慢跑、跳舞、跳跃等动做，偶尔还能表演一下后空翻。目前，研究团队正在打造一个稍大一点的 Doggo（和比格犬差很少大），并将在 5 月 21 日的加拿大蒙特利尔国际机器人与自动化会议（ICRA）上进行展现。

能跳 1 米多高，后空翻也不在话下

为了让 Doggo 能够复现，研究团队从头开始构建该机器人。他们花了大量时间研究容易获取的原材料，在完成每一个部件以后都会对其进行测试，而不是依赖于模拟。

「从一开始想到要构建一个四足机器人到如今已通过去了两年的时间。在这个原型开始迭代以前，咱们还构建了若干个原型，」该团队一名 19 岁的成员表示。

Doggo 的第一步无疑是蹒跚学步，但如今它的步态和行进路线已经很是稳定，还能克服较为复杂的地形。它经过马达感应本身受到的外力，并肯定每条腿应施加多大的力和扭矩来实现这一目标。这些马达以每秒 8000 次的速度从新计算，这对 Doggo 标志性的舞蹈动做相当重要：它能够跳颇为灵活的布吉舞，看不出来里面其实没有弹簧。

这些马达就像一个由虚拟弹簧组成的系统，当它们感受到机器人偏离合适的位置时，会平稳而敏捷地将机器人弹回适当的位置。

Doggo 的跳跃能力很是使人惊讶。经过不断改进软件设计，Doggo 已经能跳到 3.5 英尺（约 1 米）高。

Kau 回忆说，「从那时起咱们就意识到，这个机器人在某些方面的表现已经超越了其余四足机器人，尽管它的成本要低不少。」从那时起，他们开始尝试让 Doggo 进行后空翻。

Stanford Doggo 能完成小跑、后空翻和跳跃等多种动做。

虽然 Doggo 的构建成本很是低，但由于腿部机制的新型设计和更高效的马达，它的实际效果要比其它昂贵的机器人更好一些。它的扭矩比 Ghost Robotics 相同大小和形状的 Minitaur 机器人（成本达 11500 美圆）更大一些。此外，Doggo 的垂直跳跃能力一样也比 MIT 的 Cheetah 3 机器人强。

开源机器人

做为一个开源机器人，Stanford Doggo 的全部代码和设计图都能免费得到。斯坦福但愿 Doggo 能为多足机器人提供一个可访问的平台。目前，该开源机器人保持着垂直跳跃敏捷度的最高纪录，它的跳跃高度是目前四足机器人的两倍。此外，由于 Stanford Doggo 总重量低于 5 公斤，根据开源项目作开发更容易也更安全。

• 项目地址：https://github.com/Nate711/StanfordDoggoProject
• CAD 设计图：https://a360.co/2OBxTbH

整体上，项目从软件代码、驱动、硬件设计到材料清单提供了完整的资料。下面经过几张结构或演示图，咱们能够欣赏欣赏 Doggo 的构造细节。

1. 同轴机制

同轴机制（coaxial mechanism）会驱动每一条腿的运动能力，不论小跑仍是跳跃都少不了它。同轴机制也是机器人中最复杂的机制和模块，固然它也是最麻烦的。

根据上面设计图造出来的实际效果大概是：

2.Doggo 的小关节

对于每个腿部关节，它的构造是这个样子：

3.Doggo 的小脚

Doggo 的小脚是硅胶材质的，斯坦福的研究者用 3D 打印机完成。

5.Doggo 布局

后面还有身体（机箱～）和电路设计图等模块，这里就不一一展现了。最后，咱们能够看看 Doggo 的总体内部结构与马达控制器的布局：

Doggo 论文

固然，若是你想搭建一个这样的机器人，除了上面这些具体的结构，最好仍是要了解总体设计思路和原理。斯坦福的研究者还为 Doggo 写了一篇论文，这篇论文发表在了 ICRA 2019 上。

论文：Stanford Doggo: An Open-Source, Quasi-Direct-Drive Quadruped

论文地址：https://arxiv.org/abs/1905.04254

这篇论文展现了 Stanford Doggo，它是一种准直接驱动（quasi-direct-drive）的四足机器人，具备很强的动态运动能力。该机器人能媲美或超过当前最优多足机器人的通常性能指标。且在垂直跳跃灵敏度上，即以平均垂直速度为指标，Stanford Doggo 能与表现最好的动物相媲美，并超过此前表现最好的机器人 22%。总体设计架构重点关注准直接驱动的设计方法。复现该机器人的硬件和软件都已经开源，只须要手工工具制造和组装就能完成，总成本低于 3000 美圆。

结语

不少研究员认为相似 Doggo 这样的机器人是即未来临的机器人大发展的一部分。四足或双足机器人的能力将变得愈来愈强，波士顿动力、Agility Robotics 和 Anybotics 等公司都开始将其定位为高效的工具。它们能够用于各类实际任务或场景，例如现场调查、监视、安防或快递包裹等。

而像 Doggo 这样的低成本机器人，能够用于研究者的各类实验，并快速迭代提高控制系统。目前，Doggo 和同类产品通常都为大学实验室而设计，但很快，它们就会投入真实世界。

斯坦福表示，它们但愿 Doggo 能提供任何人均可以构建的基准系统。若是咱们但愿将它用于不一样的任务，那么给 Doggo 加上不一样的传感器与对应的代码，就能利用运动能力执行它们。