提到四足机器人，许多人首先会想到波士顿动力的机器人狗，这一品牌自1992年成立以来，已成为腿足机器人领域的领军者。然而，瑞士的ANYbotics公司在这一领域逐渐崭露头角，其ANYMal机器人与波士顿动力的Spotmini不相上下。
ANYbotics成立于2016年，由一群苏黎世联邦理工学院的工程师创办，是该校机器人系统实验室的衍生公司，以推出ANYMal而闻名。ANYMal之前已经推出了无轮的四足机器人，能够在崎岖地形中行走并攀爬楼梯。最近，研究团队为该机器人增添了一组实用的轮子。
据悉，自2018年以来，苏黎世联邦理工学院的研究团队与ANYbotics合作开发轮式机器人。在最新的原型中，研究人员为机器人的每只脚装配了四个带有轮毂电机的轮子。
这种轮足复合式移动机器人结合了轮式机器人在平坦地面上的高效移动能力，以及足式机器人在复杂地形上的越野能力。
与穿着轮滑鞋的人不同，设计得当的机器人可以精确控制轮子的运动，这种微妙的控制是人类无法比拟的。波士顿动力的双轮人形机器人Handle虽然展示了这一点，但尚未充分利用其腿部的潜力。
波士顿动力为其轮式机器人Handle设定了明确的发展方向，而对于轮式机器狗的探索，则由ANYMal等新兴团队承担。
早期，苏黎世联邦理工学院的ANYMal研发团队就为机器狗安装了四个轮子，公开表示这些轮子能够像溜冰一样滑动，并在震动环境中匍匐前进。
此外，ANYMal能够在保持重心的情况下，成功通过“单边桥”。
最近，该团队发布了更多视频，展示了轮足版ANYMal的成熟与稳定性。装有固定轮子的ANYMal依然保持了步行能力，能够在“穿着轮滑鞋”的情况下完成移动和方向调整等任务。
研究人员指出，带轮子的ANYMal在动态运动上比其他轮足机器人更具优势，运输成本也降低了83%，相较于传统腿式机器人有明显的优越性。
在2019年的DARPA机器人地下挑战赛上，ANYMal凭借其“风火轮”表现出色，跨越障碍的能力超越了轮式机器人，同时在速度上也优于腿式机器人。研究人员称其为全球首个应用于实际任务的轮式-腿式混合驱动机器人。
在最近发布的视频中，ANYMal的四个腿部与轮子的每一个动作完美融合，研究团队还设计了切换车轮模式与行走模式的算法，从而提高了机器人的速度与稳定性。
那么，轮子与腿的结合会产生什么效果？
要理解轮子与腿结合对机器人移动性的巨大影响，我们可以看看其工作原理。
这种轮足机器人不仅能够成功克服斜坡和楼梯等轮式机器人的障碍，还在速度上超越了四足机器人。
ANYbotics的四足机器人ANYMalC能够在动态人类环境中高度自主执行任务，具备同步定位和地图绘制功能，并能部分避开障碍。这得益于其立体光学摄像头提供的360度视野深度信息，以及激光雷达系统提供的额外环境数据，使其在100米范围内精确导航。
而新款轮足版ANYMal则是一款“盲眼”机器人，无需任何摄像头或激光雷达，就能够动态选择最佳混合步态，根据地形感知自如地在轮子滚动与腿部踏步之间切换。
如果某个轮子的效率不高，机器人可以通过车载传感器和运动控制微处理器选择性地调整每个轮子的扭矩，切换到踏步运动，同时确保与其他腿部的协调。这一设计使得ANYMal的轮足机器人在保持应对复杂地形能力的同时，移动速度更快，运输成本显著降低，能够以每秒4米的速度实现高动态运动。相比之下，当前销售的四足无轮机器人ANYMalC的速度仅为每秒1米。
ANYMal还具备根据具体情况切换腿部与轮子的运动方式的能力，能够根据轮子上的电力或障碍物的存在进行灵活调整。这款机器人外形小巧，与其他四足机器人相似。
负责该研究的苏黎世联邦理工学院的MaRko Bjelonic表示，他们能够通过程序自动找到周期性步态序列，而无需事先定义。这种方法在崎岖不平的地形中表现尤为出色。
关于未来是否会为这种轮足机器人添加传感器以识别地形，MaRko表示这次研究基于机器人本体的感觉信号，并未使用地形感知来进行步态转换。他们对这一框架在平坦与不平坦地形上的良好表现感到惊讶，并正在研究更复杂的步态序列规划，以应对更复杂的障碍物，如楼梯。
他还提到，当前轮子不能转向，这为机器人探索混合运动带来了挑战。尽管如此，轮子的转向可能在应用中是有益的。因此，他们分析了腿部配置和每条腿的致动量，以增加机器人的机动性，而无需增加复杂度。
MaRko认为，未来所有腿部机器人都应配备轮子，轮足机器人将会愈加普及。自然界中并没有类似的运动方式，这使得设计轮足机器人更具挑战性，也可能是类似生物未能出现的原因。目前，只有少数轮腿结合的机器人平台，如ANYMal、CENTAURO和波士顿动力的Handle，但随着该领域的进步，未来将会涌现更多类似概念的机器人。
针对未来研究，该团队正在开发一个框架，使机器人能够在地面和复杂障碍物上进行更复杂的运动。挑战在于如何为这样的高维问题找到最佳的机动性，并在实际应用中稳定执行这些动作。
关于这项研究的相关论文，已经在arXiv预印本平台上发表。
随着对机器人的运动要求日益复杂，工作环境的多样性对移动机器人的机械结构设计提出了更高的要求。2020年，疫情在欧美的蔓延为腿部机器人领域带来了突破性进展，这从资本市场的动态可见一斑。最近，美国机器人研发公司Agility Robotics为其DiGit类人机器人融资2000万美元，ANYMal公司也在不久前完成了2230万美元的A轮融资。随着这类机器人逐渐进入主流市场，未来增长潜力巨大。
过去，机器人往往只能选择腿部或轮子进行移动，而如今，轮腿结合的设计正在改变这一局面。
