机器人/机器人类型/步行者
“在航空旅行的早期，批评者们曾经争论说，如果上帝想让我们飞行，他就会给我们翅膀。如果他想要我们滚动，他可能也会给我们轮子——但相反，我们，以及绝大多数陆地动物，无论大小，最终都是用腿来行走的。”[1]
今天，大多数人造车辆都使用轮子，这是有充分理由的：轮子更容易制造和控制。在当今的经济中，它们也往往比它们的腿式对应物便宜得多。然而，腿相比轮子有明显的优势。最大的优势在于通过性和效率。腿式机器人具有独特的能力
- 隔离他们的身体不受地形不规则的影响
- 避免不希望的立足点
- 调节他们的稳定性
- 实现能源效率[2]
这些优势在现代机器人技术中非常可取，因此人们投入了大量研究来创造能够行走的机器人。设计腿式机器人最具挑战性的任务是创建一个能够产生适当步态的系统。[3]
运动技术可以分为两大类：静态和动态。
使用静态运动的机器人始终处于平衡状态；也就是说，它们的重心始终在它们的接地接触基座内。虽然这种技术已成功用于创建许多机器人（包括轮式机器人），但它更类似于轮式运动，而不是真正的动态步行，因此保留了较少的优势。虽然比大多数轮式机器人更善于穿越不平坦的地形，但使用静态行走的机器人效率非常低，因为每次运动都需要消耗能量。然而，使用静态行走的机器人比它们的动态对应物更容易控制，因此通常更可行。
动态步行的一个特点是机器人并不总是处于平衡状态。许多使用动态行走的机器人不断地“跌倒”，因此效率更高。动态步行需要更复杂的控制系统，以防止跌倒。使用动态行走的机器人不能使用相同的速度进行不同的运动来实现不同的运动速度，而必须在不同的速度下使用完全不同的运动。然而，动态步行可以比轮式运动获得更多优势。动态步行在自然界中非常普遍。
动态行走的子集称为被动动态运动。大多数动态步行系统使用主动控制来将腿移动到行走的正确方向（因此称为主动动态步行）。被动动态行走的特点是“重力和惯性本身产生运动模式”的系统。[4]被动动态运动可以以最大的效率实现，因为车辆利用自身的向前动量来传播其下一段运动。系统中几乎没有能量损失。被动动态步行的大多数概念和该领域进行的研究是由航空工程师塔德·麦吉尔在 1988 年至 1992 年间完成的。HistToys
已经开发了许多使用六条或更多条腿的不同步行机器人。这是因为使用这么多条腿的机器人可以用静态步行技术控制，而不是动态步行。大多数步行技术可以使用六足模型充分地演示
波浪步态
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- 六足机器人处于中立位置
- 前一对腿向前移动
- 第二对腿向前移动
- 第三对腿向前移动
- 身体跟随腿向前
三足步态
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- 六足机器人处于中立位置
- 交替的腿在任一侧向前移动
- 所有其他腿向前移动
- 身体跟随腿向前
大多数使用六条或更多条腿的机器人使用这两种步态模型的变体之一。
四足系统是另一种在自然界中很容易找到的步行方案。四足机器人具有在不移动时静态稳定的优势，但需要动态步行控制。四足机器人有许多不同的步行方式，包括像六足机器人那样交替使用一对和相反的一对。然而，这些技术现在不再是静态稳定的，因此需要动态控制。
波士顿动力公司为 DARPA（国防高级研究计划局）开发了一款名为“大狗”的四足机器人，据他们称，“这是地球上最先进的四足机器人。”[5]大狗可以以每小时四英里的速度奔跑，爬上三十五度的斜坡，并能承载 340 磅的重量。但最令人印象深刻的是它的动态步行：大狗可以从滑倒甚至被推倒中恢复过来。它的行为如此逼真，以至于它接近了臭名昭著的“恐怖谷”(http://en.wikipedia.org/wiki/Uncanny_Valley)。波士顿动力公司网站 (http://bostondynamics.com/content/sec.php?section=BigDog) 展示了大狗能力的视频演示。
三足机器人并不常见，尤其是因为它们没有生物对应物。然而，弗吉尼亚理工大学 RoMeLa 实验室的研究人员开发了一款名为 STriDER 的三足机器人，它使用了一种“革命性”的被动动态步行技术。STriDER 是自激三足动态实验机器人的缩写。STriDER 会摇摆，直到它能够抬起一条腿，然后使用另外两条腿作为 A 形架，将它摆动到另外两条“支撑”腿之间，以六十度的角度向前移动。这种正在申请专利的“三足步态”非常节能，需要最少的控制。它还允许 STriDER 通过改变其步骤的顺序轻松地改变方向。开发团队发布的视频可以在 http://www.youtube.com/watch?v=7XsaJwKKBYo&feature=related 找到。
双足机器人可能已经获得了最多的开发资金，因为自机器人技术领域诞生以来，人们就一直在设想类人机器人。被动动态行走的许多发展都是在这一领域进行的。双足被动动态步行者的设计从带辐条的轮子的概念开始。如果将轮子分成几个部分，并将除两个部分之外的所有部分都移除，我们就得到了看起来像一对腿的东西。当质量分布得当时，每条腿都像倒立摆一样起作用，并且机器人“滚动”完成它的步子。
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可以通过使用膝关节缩短腿（允许一条腿在不接触地面的情况下越过另一条腿）和可以为步子提供“弹簧”的踝关节来增加模型的复杂性，将损失的能量重新添加回系统。有关被动动力学行走的更深入解释，请访问 http://www-personal.umich.edu/~artkuo/Passive_Walk/passive_walking.html。
有几款机器人已经利用这些概念在机器人领域取得了第一。在德国和苏格兰开发的“RunBot”，在 2006 年 4 月以每秒 3.5 个腿长行走，打破了机器人按尺寸计算的速度记录。[6]康奈尔 Ranger 虽然不是真正的被动式，但它受到被动式启发，并且是许多拥有超过两条腿但仍归类为双足机器人的机器人之一。从侧面看，Ranger 似乎只有两条腿，但实际上它有四条腿。这四条腿成对工作，使它成为双足机器人，但也提供了更好的横向稳定性。2008 年 4 月 3 日，Ranger 不间断地行走 9.07 公里，当时是一个非官方记录（据康奈尔团队称，它已被波士顿动力的“大狗”打破）。[7]
多年来，本田公司在制造双足机器人方面一直是最成功的公司之一。他们最新的型号 ASIMO 是为数不多的看起来像人类的双足机器人之一，它可以爬楼梯，并且携带自己的电源。ASIMO 还可以使用本田的 i-WALK 技术实时改变步态。这使 ASIMO 能够不断地改变速度和方向。机器人可以爬楼梯，并以每小时四英里的速度奔跑。[8]
在1980年和1993年，麻省理工学院（MIT）在制造单腿机器人方面进行了大量研究。MIT 实验室推出了一系列“MIT 跳跃者”，它们可以自行平衡并穿越路径。跳跃者最大的挑战是它们无法静止不动；为了保持平衡，它们需要不断跳跃。研究人员能够建造一个 3D 单腿跳跃者，它“原地跳跃、以特定速度移动、沿着简单路径移动，并在受到干扰时保持平衡”。[9] 他们还建造了一个名为 Uniroo 的跳跃者，它使用一个驱动尾部来保持平衡。 [10]
- ^ “McGeer_1992_Chap.pdf (application/pdf Object).” 10 Oct 2008 <http://www-personal.umich.edu/~shc/McGeer_1992_Chap.pdf>.
- ^ “Gait Generation for Orthogonal Legged Robots.” 13 Oct 2008 <http://ranier.hq.nasa.gov/telerobotics_Page/Technologies/0302.html>.
- ^ “mcgeer_1990_passive_dynamic_walking.pdf (application/pdf Object).” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/history/papers/mcgeer_1990_passive_dynamic_walking.pdf>.
- ^ “History of Passive Dynamics & Toys.” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/history.htm>.
- ^ “Boston Dynamics: The Leader in Lifelike Human Simulation.” 13 Oct 2008 <http://bostondynamics.com/content/sec.php?section=BigDog>.
- ^ “Robot Shatters Speed-Walking Record | LiveScience.” 13 Oct 2008 <http://www.livescience.com/technology/060428_speedy_robot.html>.
- ^ “Cornell Ranger, walking robot.” 13 Oct 2008 <http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/locomotion_and_robotics/papers/CornellRanger/index.html>.
- ^ “ASIMO - The World's Most Advanced Humanoid Robot.” 13 Oct 2008 <http://asimo.honda.com/InsideASIMO.aspx>.
- ^ “MIT Leg Lab Robots.” 13 Oct 2008 <http://www.ai.mit.edu/projects/leglab/robots/robots-main.html>.