自由度就是双足机器人实现了对步伐的大小、快慢、幅度的控制。
双足机器人的结构类似于人类的双足，可以实现像人类一样行走。本机器人采取了使用模拟舵机代替人类关节，实现机器人的步态设计控制。使用舵机控制芯片控制各个关节的动作。
5月1日小双足机器人，美国人类与机器认知研究所（IHMC）在波士顿动力公司的Atlas机器人身上，测试小双足机器人了其开发的机器人自动路线规划算法。对于机器人来说，独木桥式的狭窄通道是复杂地形，成功通过率只有50%。
小双足机器人我们先来了解下机器人不同的行走方式：
1.轮式移动机器人
轮式移动机器人，顾名思义，就是驱动轮子来带动机器人行走，轮式的效率最高，行进速度快，转向灵活，造价较低，故障容易处理，另外，在相对平坦的地面上，轮式移动比足部更具优势，控制也相对简单，轮式移动机构现今应用相当广泛，是目前研究最为透彻的移动方式之一。
2.履带式移动机器人
典型的履带式移动机构由驱动轮、导向轮、拖带轮、履带板和履带架等部分构成。履带式移动机构适合在复杂路面上行驶，它是轮式移动机构的拓展，履带本身起着给车轮连续铺路的作用。
履带式移动结构在地面支撑面积大，接地比压小，滚动摩擦小，通过性能比较好，转弯半径小，牵引附着性能、越野机动性、爬坡、越沟等性能优于轮式移动机构。履带式移动机构广泛用于各种军用地面移动机器人。
它的缺点是由于没有自定位轮和转向机构，只能靠左右两个履带的速度差实现转弯，所以在横向和前进方向上都会产生滑动小双足机器人；转弯阻力大，不能准确地确定回转半径等。
3.跳跃式移动机器人
跳跃式机器人对地形有更强的适应力。但是跳跃运动首先要克服自身重力的影响，由于需要跳跃，自身重力必然要小，重力要小，质量也要小，能源就是最大问题。而且腾空和触地阶段动力学方程复杂，平衡难以控制。跳跃后半段要从高空坠落，机器人本身的抗摔能力又有着较高的要求。
4.腿式移动机器人
腿式行走机器人基于仿生学原理，目前展开广泛研究的有两足、四足、六足等各种腿足式移动机构，该机构几乎可以适应任何路面的行走，且具有良好的机动性，其运动系统具有良好的主动隔振功能，可以比较轻松地通过松软路面和大跨度障碍。在最开始，双足机器人使用的平衡控制策略是「静态步行」（static walking）。这种策略的特点是：机器人步行的过程中，重心（COG，Center of Gravity）的投影始终位于多边形支撑区域（support region）内，这种控制策略的好处在于：机器人可以在行走动作中停止而不摔倒，但代价是行动速度非常迟缓（每一步需要花费10 秒甚至更长，因为需要保持重心的投影始终位于支撑区域，否则将不稳定）。
小型双足机器人运动能力和稳定性之所以很强，主要由于它的重心很低，从某种意义上来讲，并非依靠智能完成复杂环境的适应能力，而是其机械结构提供了一定的优势。而大型双足机器人基本上都要依靠加入伺服电机的智能驱动单元（步行器的关键部分）来控制机器人稳定运动。
缺点是行进速度低缓，效率低下，而且由于腿部与地面接触面积相对较小，遇到非刚性地面状况时会出现下陷的情况。同时，由于结构方面的原因，腿式行走的机器人都无法做到结构紧凑，而且其对腿部关节部位的制造要求较高，成本较高。总体来说，腿式运行速度比较慢，机构形式在上述各种移动机构中最复杂，控制也十分困难，目前尚处于研究和实验阶段。
同时核心算法是比较耗时间的，也是研发重点，电池部分现在主要还是要依靠产业的研发能力和供应能力，机器人研发团队很少会为了电池配备相关研发人员。现在整体机器人还处在研发阶段，仍然要靠电缆连接交流电来作为电源，因此商用蓄电池持续性是最大问题。
传感器则是持续地测量机器人身上部件的方向和移动。也需要实时读出和处理这些传感器所收集的数据，持续调整伺服电机，以保持所需的平衡，不至于倒下。要达到这些要求，需要非常先进的低成本、低功耗半导体芯片，低成本的精密移动传感器，以及先进的算法和具有人工智能的语音识别和视觉识别技术。例如，美国一家公司发明了一种“推不倒”的算法，传送至Atlas人形机器人，机器人可以灵巧地平衡，甚至你如果故意推倒它，它也可以借助协调能力惊人的双足立刻稳定平衡。
一位机器人的老前辈曾说过，机器人是一个机械，机械不能革命只能进化。人类的大部分行为能力是需要借助于逻辑分析，例如思考问题需要非常明确的逻辑推理分析能力，而相对平常化的走路，说话之类看似不需要多想的事，其实也是种简单逻辑，因为走路需要的是平衡性，大脑在根据路状不断地分析判断该怎么走才不至于摔倒，而机器人走路则是要通过复杂的计算来进行。
“教”一个机器人走路远比教一个1岁的小朋友走路更辛苦，因为机器人的“大脑”一片空白，它的举手抬足应该以何种角度，到怎样的高度，都需要工程师凭逻辑和经验一一设定。而机器人要想像人一样优雅地走路，不仅要配置激光雷达、摄像头，还需要额外的算法和配套传感器。波士顿机器人经过十年变迁，本次波士顿动力机器人完成最难行走实验，其表现出的极强协调性，无疑在双足机器人的路上已经越走越远。
足式机器人无疑是最像人类，以及最能够满足替代人类进行某些 探索 活动的最佳选择，虽然波士顿机器人的军工性质很难转为民用以及其融资状况一直被人诟病，但不可否认的是其研究依旧走在机器人认知前沿。
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直立双足行走，是人类与其他动物的重大区别之一，在手臂和腰身的配合下，人类在不同的环境会采取适当的姿势，灵活地移动双脚行进，或者完成某种工作。因为双足步行属于非连续式接触地面性质，所以对超越障碍、转弯、保护地面都具有优越性。再者，人类步行速度可以灵活控制，如一般慢走速度为2～3千米／小时，快走速度为5千米／小时左右，而快跑(如百米赛跑)最高速度可达36千米／小时左右。
目前，一些国家所成功研制的类人型机器人，已经具有双足步行功能，也可以上、下台阶或转弯。主要问题是步速过低(最快速度1～2千米／小时)，灵活性差，还远远不及人类。双足行走技术的关键，主要是机器人的平衡技术、机械与电子优化结构等问题。只有这些问题解决了，才可能使机器人类似人类的步态、步速和灵活性，才会使人类对它更加喜爱。
其实双足机器人就是可以直立行走，而且它是有着一个很好的自由度，很灵活的特点，是一种仿生类的机器人，它可以实现机器人双足行走和相关的行动。但是对于双足机器人来讲，要保持平衡并且旋转，这是比较有难度的。
机器人本质就是由机械控制的一个动态的系统，它虽然是可以有趣一些动作很灵活，但是它里面是包含了很多动力学的特性。在这样的使用过程当中，会有一些磨损或者是衔接不够流畅，会造成一些问题，比如是没有办法去保持平衡。其实双足机器人的结构就相当于人类的脚，它可以像人类一样去行走，模仿步伐的大小快慢还有幅度。
如果是可以旋转并且是直立行走的步行机器人，他跟典型的两足机器人相比，他更像是一个无人机，因为他手臂上适用无人机螺旋长来代替的会比典型的两个机器人更加的灵活，而且是可以更好的保持平衡，做到更多的动作。
如果这样的双足机器人研究成功，而且是可以大量的投放，使用的话，这对于人类社会的经济和文化是有一个很大的推动作用的。话说你们有什么鄙视的，而且双足机器人是比较接近人类正常行走的步态，而且它也是根据重新来进行不大的控制的，是非常方便的。这样的话不仅仅能够提高生产效率，而且在一些比较危险的杨烨也可以去使用双足机器人来实现一些比较困难的任务。
四足步行机器人是最简单的,只要保持每次移动一条腿,让重心落在另三条腿之间就行了
双足机器人有两种方案可供选择
一是将脚做得足够大,其实相当于在让机器人在两种接近的稳态之间转换,很多儿童玩具都是这样的
二是利用姿态感应传感器测得当前的身体运动趋势,然后调节双足的下一个支撑点,始终在不稳定的状态中寻找可以使状态收敛趋向稳定的下一个支撑点,这需要比较敏感的传感器,快速的计算部件和较完善的数学公式,实践起来比较难,但这项技术在国外已经十分成熟,被运用于军事机器人甚至玩具上
作者：溪岚
机器人大讲堂|公众号RoboSpeak
与旧版Cassie相比，新版显得既高大威猛，又灵巧敏捷， 它不光长出了躯干和双臂，还拥有了一个新名字——Digit。
虽然Digit的下半身依然是Cassie经典的“鸵鸟腿”，但鉴于其整体的仿人结构，我们似乎还应该把它归为“仿人机器人”的范围。
Digit在保留了双腿的基础上，将Cassie的臀部改装成了连接躯干的“胯骨”。Digit增添了上身躯干和两支4自由度的手臂，整体上身的设计十分简洁、紧凑与轻量化，增添了双臂的Digit会极大提升其操作能力、保持平衡能力以及摔倒后起身的能力。
躯干顶端的激光雷达以及躯干中的传感器都有助于Digit在行走中收集数据，使它能够在充满障碍的地方进行导航。
它的数字控制系统也进行了改造，通过API对爬楼梯、控制步态等高级行为进行控制。此外，Digit的躯干中容纳了两个多核CPU，以及一个可以由第三台计算机控制的模块化有效载荷舱，支持它进行额外的感知，并强化了它的学习能力。
而在这些改装中，最有实用价值的还是它的一双手臂。 它的手臂拥有四个自由度，极大地扩展了它的灵活性。这双手臂可以用来保持平衡，在摔倒时支撑身体重新站起来，推开门等障碍物，以及最重要的，操纵和携带物体。
这就与Agility Robotics对于Cassie的最初应用设想挂上了勾，即让机器人送快递，为“最后一公里”添砖加瓦。
据研究人员介绍，Digit的手臂能够举起大约18公斤重的箱子，也能够将物体进行堆叠，尽管还在测试阶段，Digit却已经展示出了其担任快递小哥的不俗潜力。此外，研究人员也希望在加上手臂和传感器后，Digit能够真正在救灾等场景中发挥作用。
只是到目前为止Agility Robotics公司只公布了Digit的定妆照，并没有让人大饱眼福的视频发布。各位就先看看图片，然后让我们共同期待视频的后续发布吧！
聊完了Digit，我们再来聊聊Digit的“爸爸”Cassie。
这个“爸爸”可不是乱叫的，由于Digit的整体架构完全基于Cassie之上，连研究人员都开玩笑说“Digit is a direct descendant of Cassie.（Digit是Cassie的直系后裔）”。Digit能够完成快递小哥的使命，在楼梯和不同地形之间跑来跑去，主要就是基于Cassie稳定的双腿。
可以说没有Cassie就不会有Digit，所以“爸爸”这个称呼Cassie当之无愧。
那么Cassie到底为什么能够这么稳定且敏捷地移动呢？
原因一：更多的自由度
Cassie的两条腿每一条都有五个自由度，均由电机驱动。臀部有三个自由度，允许腿向前、后、侧三个方向摆动，与人类一致。
胫骨和脚踝上也分别有一个额外的自由度，这两个部分并不由电机驱动，而是附着在弹簧上，有助于机器人处理前进道路上的障碍物，就算踏在台阶边缘也可以保持平衡稳定。
原因二：更复杂的控制
Cassie所带的电机数量多，体积也较小，由于可移动的方向更多，移动到特定方向便要计算每个电机所需的不同扭矩，为此，控制器就需要考虑到腿的惯性以及电机和变速器的动态特性。
虽然控制变得更加复杂了，但是这样就能够实现更多行为以及更好的性能。例如下面这个在走动中立定的实验：
可以看出，Cassie从最开始摇摇晃晃的“不倒翁”一步一步变得稳定起来，最后连着走了几步再站定时也几乎不怎么晃动了。
原因三：上楼梯的步伐更加稳定
对于双足机器人来说，上楼梯从来都是一项不可避免的挑战。Cassie一向认为世界是平的，这让它的户外行走进行得十分轻松，它可以在土地或草丛中连续行走一个小时。
而当Cassie上楼梯时，这种想法就不再适用了，由于楼梯对于机器人来说是较为复杂的路况，它很有可能站立不稳，进而摔倒。
当控制器扩展到垂直方向，允许两条腿上下跨步，并增加了平滑过渡时，Cassie可以迈上楼梯，但只能保持动态稳定，不能保持静态也同样稳定。
接着，研究人员让Cassie在上楼梯的时候始终试图保持骨盆高度一致，而不是随着抬腿拔高身子，这样Cassie在上楼时的身形就稳定了许多。
尤其在连续登上几阶台阶时，Cassie的步伐显得更加坚定有力。
研究人员还跟Cassie开了个小小的玩笑：让Cassie连续上两个台阶，而地上其实只摆放了一层台阶，这种情况Cassie会如何处理呢？
可以看出，Cassie在上第二阶踏空时有一个明显的向上踮脚的动作，但这不存在的一节阶梯并未对它的平衡性产生影响，Cassie依然保持了稳定。如果此处替换成蒙眼的人类，在第二阶踩空的时候很有可能已经摔倒了。所以从某种意义上来说，Cassie的动态稳定性还是要比人类好了许多的。
有这样一个跑步爬楼梯都不在话下的底座作为基础，可以想见Digit将能够如何在无人快递领域大展身手了。
Agility Robotics表示，Digit将在年中公布定价，并从2020年第一季度开始交付，让我们一起期待关于Digit的更多信息吧。
