你是否曾看到機器人狗移動時，心里想著：“它很酷，但……有點僵硬呢?” 那么你就會看到希沃德小狗機器人。它就與眾不同。它不僅緩慢移動，還有一種平穩(wěn)、逼真的小跑姿態(tài)。它能夠瞬間轉向以追蹤物體，或者在指令下平穩(wěn)地坐下。在這樣一個桌面大小的平臺上，兼具穩(wěn)固的穩(wěn)定性與令人驚訝的靈活性，正是最先吸引我的地方。作為一名制造者，我立刻就想問：這是怎么做到的?是什么機制讓這一切成為可能?

仔細研究這個項目(無論是從比喻意義上還是從實際操作意義上進行研究，包括查閱相關文檔)，我發(fā)現并沒有什么神奇的秘訣。其奧秘在于硬件、機械設計和軟件的完美結合——所有這些都易于獲取，并且是為動手操作而設計的。以下是我從制造者的角度所做的分析。

肌肉：并非是那種僅供愛好者使用的伺服裝置

卸下腿部護套，你就會發(fā)現其核心部件：高扭矩的不銹鋼齒輪伺服電機。共有八個這樣的電機。這些可不是那種入門級套件中常見的普通伺服電機。

專為懲罰而生：不銹鋼齒輪是第一個重要特征。這款機器人是為反復行走的沖擊以及搭載諸如可選的機械臂等附加裝置而設計的。這種耐用性意味著您可以大膽地進行原型設計，而無需一直擔心齒輪會損壞。

他們進行回應：這是關鍵的發(fā)現。這些是“智能”伺服裝置，具有反饋回路。它們會持續(xù)將位置、速度甚至溫度等數據傳回至樹莓派大腦。這種閉環(huán)控制對于穩(wěn)定性至關重要;該系統能夠實時進行微調，確保每條腿都能達到精確的目標角度，每一步也都精準無誤。

以下是“小狗板”的教程內容：包括源代碼、視頻教程以及各種實驗案例等。

骨架：優(yōu)雅的力傳遞

這些伺服電機提供動力，但腿部的連接結構才是將簡單的旋轉轉變成優(yōu)雅的多軸運動的關鍵。這是一個由相互連接的桿件構成的極其簡潔的系統。

?仿生效率：這種連接方式為腳部創(chuàng)造了一條自然的橢圓形運動軌跡——平穩(wěn)的抬起、向前推動以及落腳。這種運動方式比原始的類似活塞的上下運動要節(jié)能且穩(wěn)定得多。這就是從慢跑到快步跑的區(qū)別所在。

?精心設計的杠桿結構：其形狀并非偶然形成。它能將伺服器的力以最佳方式放大并導向地面。這為“小狗派”機器人提供了強大的起跳力，以增強其靈活性，并且形成了一個穩(wěn)定的底座，能夠在轉彎和應對輕微地面不平的情況下保持穩(wěn)定而不傾倒。

大腦與神經系統：奇跡發(fā)生之處

這就是創(chuàng)造樂趣真正開始的地方。硬件奠定了基礎，但運行著 ROS(機器人操作系統)的樹莓派以及軟件算法則使其真正“活”了起來。

?逆運動學(IK)——真正的“關鍵秘訣”：你不會手動設定八個伺服電機的角度來邁出一步。相反，你使用高級指令。向逆運動學求解器下達指令：“將這只腳向前移動 5 厘米，并向上移動 2 厘米。”它會立即計算出該條腿中所有三個伺服電機的精確角度，從而實現這一動作。這種抽象方式對于開發(fā)工作非常有用。

?在 ROS 環(huán)境中實現動態(tài)步態(tài)生成：在行走過程中，系統會實時使用此 IK 引擎來協調四條腿的動作。步態(tài)規(guī)劃器(一個 ROS 節(jié)點)會持續(xù)計算著地模式，以在移動或轉彎時保持平衡。想要實現自定義步態(tài)或調整小跑速度?您只需使用這些高級規(guī)劃器即可，而無需費力處理原始伺服脈沖。

?ROS——“黏合劑”：ROS 是核心神經系統。步態(tài)規(guī)劃器、逆運動學求解器、伺服驅動器以及傳感器輸入(攝像頭、激光雷達)都能通過 ROS 網絡實現無縫通信。這種模塊化設計堪稱開發(fā)者們的理想之選。更換導航算法或集成新傳感器都遵循著標準且詳盡的流程。

見證協同效應的展現：

當您通過控制器或自定義代碼發(fā)出“向左轉”的指令時：

?ROS 步態(tài)規(guī)劃節(jié)點會調整腳步落點模式。

?IK 解算器每秒會為所有腿部重新計算數十次運動軌跡。

?精確的指令被傳送到智能伺服裝置上。

?伺服系統驅動連桿，從而實現協調轉動。

?伺服反饋信號會返回確認信息，從而形成閉環(huán)。

為何這對你所負責的項目至關重要

這種內在的穩(wěn)定性并非僅僅用于酷炫的行走演示。正是這種穩(wěn)定性將“小狗板”從一款小巧的電子設備轉變?yōu)橐粋€實用的原型開發(fā)平臺。

?真正有效的 AI 視覺技術：不穩(wěn)定的平臺破壞了計算機視覺。PuppyPi 的穩(wěn)定性使其攝像頭能夠提供清晰的視頻流，從而能夠利用 OpenCV 和 MediaPipe 等庫進行可靠的物體跟蹤、人臉檢測或手勢控制。

?一款真正的移動操作器：可選的機械臂需要一個穩(wěn)固的底座才能發(fā)揮作用。這個平臺使您能夠真實地探索移動式抓取放置和“取物”等場景。

?精確的測繪與導航：為 SLAM 系統添加可選的激光雷達之所以有效，是因為該傳感器不會晃動，從而為自主導航項目提供了清晰、精確的地圖。

結論

其“秘訣”在于整體性的、易于操作的工程設計。Hiwonder 小狗積木板憑借其堅固耐用、基于反饋的硬件，結合仿生學原理，并通過基于 ROS 的開放軟件系統將所有部件整合在一起而取得了成功。

對于黑客者社區(qū)而言，其價值顯而易見：這是一個平臺，您可以從高級的 ROS 應用程序(導航、視覺)開始，然后根據自己的需求深入探索——甚至可以深入到調整步態(tài)算法和 IK 參數等層面。它省去了從零開始構建一個穩(wěn)定四足機器人所需數年的努力，讓您能夠專注于創(chuàng)新的應用層。

我的下一個項目是什么呢?利用這個穩(wěn)定的基礎平臺，借助 ROS 技術實現一種基于視覺的“跟隨我”的功能，讓小狗電腦能夠在雜亂的環(huán)境中自主追蹤并跟隨一個人。它所提供的基礎使這樣的雄心勃勃的項目不僅成為可能，而且變得切實可行。

本文編譯自hackster.io