斯坦福學生機器人俱樂部（Stanford Student Robotics club）Extreme Mobility 團隊最近迎來了一名新成員——一個名為 Stanford Doggo 的四足機器人。這個機器人能跳 1 米多高，還能表演後空翻。與其他四足機器人動輒上萬美元的成本不同，這個機器人的成本降到了 3000 美元以下，而且設計團隊開源了該機器人的設計圖、代碼以及材料清單。任何感興趣的人都能夠通過這些材料打造屬於自己的 Doggo 機器人。
成本低至 3000 美元，人人都能動手 DIY
Doggo 的設計和其他小型四足機器人類似，但其獨特之處在於，該機器人成本較低，而且容易獲得。其他類似的機器人通常要花費上萬美元，但該機器人的設計者——斯坦福 Extreme Mobility 實驗室估計，Doggo 的總成本不會高於 3000 美元。而且，Doggo 的整個設計都是開源的，幾乎所有的零部件都可以在網上買到。
「我們見過很多研究中所使用的四足機器人，但你通常沒有辦法把它們帶到自己的實驗室並用在自己的項目中，」Extreme Mobility 負責人、機械工程專業學生 Nathan Kau 表示。「我們希望 Stanford Doggo 成為一款你可以自己構建的低成本開源機器人。」
Stanford Doggo 現在已經能完成走路、慢跑、跳舞、跳躍等動作，偶爾還能表演一下後空翻。目前，研究團隊正在打造一個稍大一點的 Doggo（和比格犬差不多大），並將在 5 月 21 日的加拿大蒙特婁國際機器人與自動化會議（ICRA）上進行展示。
能跳 1 米多高，後空翻也不在話下
為了讓 Doggo 可以復現，研究團隊從頭開始構建該機器人。他們花了大量時間研究容易獲取的原材料，在完成每個部件之後都會對其進行測試，而不是依賴於模擬。
「從一開始想到要構建一個四足機器人到現在已經過去了兩年的時間。在這個原型開始迭代之前，我們還構建了若干個原型，」該團隊一名 19 歲的成員表示。
Doggo 的第一步無疑是蹣跚學步，但現在它的步態和行進路線已經非常穩定，還能克服較為複雜的地形。它通過馬達感應自己受到的外力，並確定每條腿應施加多大的力和扭矩來實現這一目標。這些馬達以每秒 8000 次的速度重新計算，這對 Doggo 標誌性的舞蹈動作至關重要：它可以跳頗為靈活的布吉舞，看不出來裡面其實沒有彈簧。
這些馬達就像一個由虛擬彈簧組成的系統，當它們感覺到機器人偏離合適的位置時，會平穩而敏捷地將機器人彈回適當的位置。
Doggo 的跳躍能力非常令人驚訝。通過不斷改進軟體設計，Doggo 已經能跳到 3.5 英尺（約 1 米）高。
Kau 回憶說，「從那時起我們就意識到，這個機器人在某些方面的表現已經超越了其他四足機器人，儘管它的成本要低很多。」從那時起，他們開始嘗試讓 Doggo 進行後空翻。
Stanford Doggo 能完成小跑、後空翻和跳躍等多種動作。
雖然 Doggo 的構建成本非常低，但因為腿部機制的新型設計和更高效的馬達，它的實際效果要比其它昂貴的機器人更好一些。它的扭矩比 Ghost Robotics 相同大小和形狀的 Minitaur 機器人（成本達 11500 美元）更大一些。此外，Doggo 的垂直跳躍能力同樣也比 MIT 的 Cheetah 3 機器人強。
開源機器人
作為一個開源機器人，Stanford Doggo 的所有代碼和設計圖都能免費獲得。斯坦福希望 Doggo 能為多足機器人提供一個可訪問的平臺。目前，該開源機器人保持著垂直跳躍敏捷度的最高紀錄，它的跳躍高度是目前四足機器人的兩倍。此外，因為 Stanford Doggo 總重量低於 5 公斤，根據開源項目做開發更容易也更安全。
項目地址：https://github.com/Nate711/StanfordDoggoProjectCAD 設計圖：https://a360.co/2OBxTbH
總體上，項目從軟體代碼、驅動、硬體設計到材料清單提供了完整的資料。下面通過幾張結構或演示圖，我們可以欣賞欣賞 Doggo 的構造細節。
1. 同軸機制
同軸機制（coaxial mechanism）會驅動每一條腿的運動能力，不論小跑還是跳躍都少不了它。同軸機制也是機器人中最複雜的機制和模塊，當然它也是最麻煩的。
根據上面設計圖造出來的實際效果大概是：
2.Doggo 的小關節
對於每一個腿部關節，它的構造是這個樣子：
3.Doggo 的小腳
Doggo 的小腳是矽膠材質的，斯坦福的研究者用 3D 印表機完成。
4.Doggo 布局
後面還有身體（機箱～）和電路設計圖等模塊，這裡就不一一展示了。最後，我們可以看看 Doggo 的整體內部結構與馬達控制器的布局：
Doggo 論文
當然，如果你想搭建一個這樣的機器人，除了上面這些具體的結構，最好還是要了解整體設計思路和原理。斯坦福的研究者還為 Doggo 寫了一篇論文，這篇論文發表在了 ICRA 2019 上。
論文：Stanford Doggo: An Open-Source, Quasi-Direct-Drive Quadruped
論文地址：https://arxiv.org/abs/1905.04254
這篇論文展示了 Stanford Doggo，它是一種準直接驅動（quasi-direct-drive）的四足機器人，具有很強的動態運動能力。該機器人能媲美或超過當前最優多足機器人的一般性能指標。且在垂直跳躍靈敏度上，即以平均垂直速度為指標，Stanford Doggo 能與表現最好的動物相媲美，並超過此前表現最好的機器人 22%。整體設計架構重點關注準直接驅動的設計方法。復現該機器人的硬體和軟體都已經開源，只需要手工工具製造和組裝就能完成，總成本低於 3000 美元。
結語
很多研究員認為類似 Doggo 這樣的機器人是即將來臨的機器人大發展的一部分。四足或雙足機器人的能力將變得越來越強，波士頓動力、Agility Robotics 和 Anybotics 等公司都開始將其定位為高效的工具。它們可以用於各種實際任務或場景，例如現場調查、監視、安防或快遞包裹等。
而像 Doggo 這樣的低成本機器人，可以用於研究者的各種實驗，並快速迭代提升控制系統。目前，Doggo 和同類產品一般都為大學實驗室而設計，但很快，它們就會投入真實世界。
斯坦福表示，它們希望 Doggo 能提供任何人都可以構建的基準系統。如果我們希望將它用於不同的任務，那麼給 Doggo 加上不同的傳感器與對應的代碼，就能利用運動能力執行它們。
參考連結：
https://www.theverge.com/2019/5/20/18632562/doggo-stanford-open-source-robot-four-legged-cute
https://news.stanford.edu/2019/05/20/dog-like-robot-jumps-flips-trots/
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