认识 MABEL：世界上速度最快的带膝盖双足机器人

近日，密歇根大学安娜堡分校的一组研究人员制作出了一个像人类一样奔跑的机器人。

这个机器人就是 MABEL，“她”的成就代表了两足机器人。MABEL 的跑步速度可达每小时 6.8 英里，团队认为她是世界上最快的和。
该项目由电气工程系教授 Jessy Grizzle 领导。和密歇根大学。“我研究机器人运动很多年了，但从未见过机器能做到这样的事，”他说。“这甚至让我很惊讶。”

虽然有点吵，但从视频中可以看出，MABEL 跑得相当优雅。机器人每迈出一步，双脚会抬起 40% 的时间——就像一个真正的跑步者一样——而且她的脚离地面的高度对于机器人来说相当高。例如，大多数其他机器人的脚离地面大约六分之一英寸，而 MABEL 在跑道上奔跑时，脚离地面三到四英寸。

MABEL 是在美国国家科学基金会 (NSF) 的资助下于 2008 年与当时是卡内基梅隆大学机器人研究所博士生的乔纳森·赫斯特 (Jonathan Hurst) 合作建造的。从那时起，以及最近，密歇根大学的博士生 Koushil Sreenath、Hae-Won Park 和 Alireza Ramezani 一直在推进反馈控制设计的最新技术，以大幅提高 MABEL 的行走、穿越崎岖地形和奔跑的能力。

高度复杂而独特的反馈算法，结合 Sreenath、Park、Ramezani 和包括 Ioannis Poulakakis 在内的早期研究生设计的机器人详细模型，支持了 MABEL 的反馈控制系统，使 MABEL 成为一种在能源利用方面高效的步行者，同时也是一种非常敏捷的步行者和跑步者。

机器人的设计

MABEL 的设计模仿了人类的体重分布，并配备了弹簧，就像人体中的肌腱一样。该机器人重 143 磅（65 公斤），与人类一样，大部分重量集中在上半身。这使得腿部相对较轻，因此它们可以快速前后移动，实现快速运动。

机器人中的弹簧有两个用途。第一个用途是当机器人的腿接触地面时充当减震器。具体来说，跑步有一个飞行阶段，此时双脚离地，还有一个站立阶段，此时一条腿着地。当像 MABEL 这样​​重达 143 磅的机器人以单腿着地结束飞行阶段时，力量相当大。弹簧使着陆更平稳，就像汽车中的减震器一样。这类似于人类足弓或一双好的跑鞋对人的作用。

弹簧的第二个用途是储存能量。这类似于弹簧单高跷或蹦床——机器人在弹簧上弹跳，每迈出一步都会储存和释放能量。这种效果是所有动物奔跑（和跳跃）的一个重要方面。MABEL 似乎是第一个能够以这种方式奔跑的具有类似人类形态的机器人。

控制跑步

MABEL 优雅的步态和娴熟的跑步风格的关键在于精确调节的反馈控制器。

反馈控制器用于确保系统实现预期目标，当系统似乎出现问题时，它会不断调整输入。一个简单的例子是家用炉子上的恒温器：当室内温度低于某个点时，暖气就会打开。

MABEL 中的反馈控制器每秒进行数千次调整，以让她站稳并继续前进。

反馈控制器的基础是机制的详细模型。该模型用于确定机器人重心与机器人其他关节运动之间的最佳关系。反馈控制器为机器人维持该特定关系。传感器用于收集控制电机所需的信息。

对于反馈控制爱好者来说：MABEL 使用非线性、兼容的混合零动态控制器和主动力控制，实时运行。怎么样！得益于 NSF 的支持，该控制框架已经开发了好几年。混合零动态框架对于运行控制器的成功至关重要。

ATRIAS 即将问世

一些观看视频的人惊讶地发现 MABEL 被连接到一根吊杆上，并认为这在某种程度上削弱了这项成就。事实上，这项研究的下一代机器人将是独立式机器人，它已经被命名为 ATRIAS。然而，ATRIAS 有朝一日能够行走和奔跑，这要归功于迄今为止为创造 MABEL 和她的前身 Rabbit 所做的十年努力。

ATRIAS 已由赫斯特建造，他目前在俄勒冈州立大学工作。一旦 AT​​RIAS 建造完成，该机器人将于 2012 年夏天运往 Grizzle 的实验室。研究人员希望到年底就能站起来走路了。

下一代学生正在接受培训，他们将迎接 ATRIAS 的诸多挑战。Alireza Ramezani 正在与 Sreenath 和 Park 一起训练，学习 MABEL 的技术。