美国卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的机器人研究所（RI）研究团队开发了一项先进技术，该技术能使现有的四足机器人在狭窄的平衡木上灵活行走。此项技术或许是此领域首个此类研究。

扎卡里-曼彻斯特（Zachary Manchester），机器人探索实验室的负责人以及机器人研究所的助理教授，激动地表示：“这次实验具有重大意义。以前我认为从未有人成功让机器人完成过平衡木上行走的挑战。”

曼彻斯特和团队通过借用通常控制太空卫星的硬件，消除了四足机器人设计中的现有限制，并增强了其平衡能力。许多现代四足机器人具有一个躯干和四条腿，腿端的圆形脚使其能在平坦表面上行走，甚至爬楼梯。然而，与四足动物（例如猎豹和落水猫）相比，四足机器人缺乏本能的敏捷性。

四足机器人只要三只脚与地面接触就能避免倾倒。如果只有一只或两只脚着地，机器人则难以纠正干扰，倾倒风险增加。由于平衡问题，其在崎岖地形上的行走尤为困难。

曼彻斯特解释说：“在现有的控制方法下，四足机器人的身体和腿是分离的，不能相互协调。我们怎么能改善它们的平衡呢?”

研究团队的解决方案使用了一种名为反作用轮致动器（RWA）的系统，该系统安装在四足机器人的背部。借助新型控制技术，RWA可以使机器人保持平衡，而不受其脚的位置影响。RWA在航空航天业中广泛应用，用于通过操纵角动量对卫星进行姿态控制。

曼彻斯特进一步解释说：“你基本上有一个连接电机的大飞轮。让沉重的飞轮朝一个方向旋转，就会让卫星朝相反方向旋转。现在把这个技术应用在四足机器人上。”

研究团队在商用Unitree A1机器人上装了两个RWA进行原型设计，从而控制机器人的角动量。通过RWA，机器人的腿是否与地面接触不再重要，因为RWA可以独立控制机器人身体的方向。

曼彻斯特强调，改变现有的控制框架以适应RWA相对容易，因为硬件不会改变机器人的质量分布，并且没有尾巴或脊柱的关节限制。没有这些限制，硬件就可以像陀螺仪一样建模，并集成到标准的模型预测控制算法中。

该研究团队通过一系列成功的实验测试了他们的系统，证明了机器人从突然撞击中恢复的能力得到了增强。他们在模拟实验中模拟了经典的“落猫”问题，将机器人从近半米的高度倒挂下来。RWA使机器人能够在半空中调整方向，双脚着地。在现实操作中，他们通过让机器人沿着6厘米宽的平衡木行走的实验，展示了机器人从干扰中恢复的能力和系统的平衡能力。

曼彻斯特预测，随着人们对增强四足机器人稳定能力的持续努力，使之与激发其设计灵感的四足动物的本能相匹配，四足机器人未来可能会像10年前的无人机一样，从主要的实验室研究平台过渡到广泛的商业用途产品。四足机器人有望在搜救等高风险场景中得到应用。