增强型机械肢“第三条腿”上榜IEEE年度最佳博文！力气大速度快，多种步行模式跟随双腿

大数据文摘授权转载自机器人大讲堂

如果人类拥有增强型四肢会是什么样子？

看看这张图，人类背上的四肢可以随意伸长，爬墙、上树无所不能。

这是加拿大舍布鲁克大学的研究人员对未来增强型四肢的想象，还记得去年那个汤姆克鲁斯同款机甲机械臂吗？这就是他们的杰作，能够拿起工具、摘苹果、打羽毛球，甚至能砸破墙壁。

不过，要机械臂实现这些任务，都需要人员进行远程控制。最近，加拿大舍布鲁克大学的研究人员又开发了新的「第三条腿」！戴上它就像开了外挂一样，外挂机械腿相比机械臂而言，更具自主性，能够轻松辅助人实现不同的步态，还可以作为免手持手杖，帮助保持平衡。

此外，它还能快速移动，以防摔倒，其响应速度比生物腿更快。在机械腿的对面再增加一条机械腿，则可以实现更多可能性，包括进行人机四足行走，这可能会成为一种全新的运动类型。

为了辅助运动，「第三条腿」应该具有与人的腿相当的重量和低惯性，以最小化传递给使用者的惯性力，并且具有低惯性以适应冲击。此外，机械腿应该能够像人脚一样快地移动其末端执行器，并且仍然在地面上施加很大的力以提供有力的协助。

为了达到以上目标，研究人员采用磁流变“离合器”通过静液压传动系统为该机械腿提供加压水。这种方法将齿轮电动机的惯性与驱动输出分离，从而产生高带宽，快速，扭矩密集和可反向驱动的执行器。

该系统与背包内的电源相连，使机械腿保持较低的惯性，同时还能提供较高的扭矩。

「第三条腿」与人四肢的重量相当，包括附在背包上的动力装置在内，总重量为9.7kg，但力气大且速度快，凿墙也没问题。

此外，「第三条腿」可在2个自由度下操作，与人的步行周期同步。在步行的同时，机械腿被驱动以像拐杖一样支撑地面，并像膝盖弯曲，推动地面回到原处，然后再摆动回到下一个位置。

研究人员对「第三条腿」进行了步行实验，在跑步机上尝试了三种同步方法（跟随步行，双腿步行和三足步行）。

跟随行走：机械腿跟随左腿同步行走，是在左脚接触地面的同时，降落机器人腿部的一种方法。

双向行走：机械腿同时跟随两条腿行走，是人在左右脚接触地面的同时，降落机器人腿部的一种方法。

三足步行：是在左脚和右脚与地面接触时将机器人的脚降落的一种方法。

跑步机的设定速度为1.4 m / s（平均步行速度），任何同步方法都不会干扰步行，摇摆时移动迅速，着陆时提供了很大的帮助。

「第三条腿」本身的最高速度为3.9m / s（相当于14 km / h），可以帮助加快运动速度，例如奔跑，或者在跌倒时快速运动以防止事故发生。

2020年10月，在IEEE和日本机器人学会共同举办的2020国际智能机器人及系统大会（IROS）上，加拿大舍布鲁克大学的研究人员展示了他们的「第三条腿」，还被评为IEEE网站最受欢迎的5篇博文之一。

研究人员最终希望推广这类附加机械肢，根据人的需要，它们可发挥手臂、腿，甚至是尾巴的作用。和外骨骼不同，这种增强型四肢更简单，无需研究人体的生物结构，它以第三或更高的手臂或脚来支撑人类行为，而且看起来更科幻。

「第三条腿」在其他情况下也可能成为手臂，有了这样的穿戴型增强型四肢，或许我们离成为超级英雄的梦就不远了！

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