波士顿动力 BigDog

BigDog 是什么

BigDog 是波士顿动力公司（Boston Dynamics）研制的四足机器人，这家公司由 Marc Raibert 领导。波士顿动力自己的创新时间线把 BigDog 列在 2004 年，称它是公司第一台走出实验室的足式机器人^[1]；IEEE Spectrum 的 ROBOTS 数据库则把它的年份记为 2005 年^[2]。这台机器长 100 厘米、宽 30 厘米、高 125 厘米，重 113.4 公斤，速度可达 11.26 公里/小时^[2]。

由来

据 IEEE Spectrum 的 ROBOTS 数据库记载，波士顿动力从 1995 年起在 DARPA 的资助下开发 BigDog，参与这个项目的还有来自美国航空航天局喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）和哈佛大学的研究人员^[2]。DARPA 的投资带着一个很具体的目标：造一头机器人「机械骡」，能跟着士兵走，去那些常规车辆过不去的烂地^[3]。这个目标从一开始就决定了设计方向——它的任务是驮东西通过轮子和履带难以应付的地面，腿只是达成这个目的的手段。

怎么工作

BigDog 装有 16 个定制液压执行器（hydraulic actuator），共有 20 个自由度，其中 16 个是主动自由度，4 个是被动自由度^[2]。液压执行器就是靠液体压力伸缩的油缸，好处是能在不大的关节体积里做出很大的力量——对一台既要蹬地又要背负重物的机器来说，这正是需要的。它的液压泵由一台 15 马力内燃机驱动，控制计算机是一块 PC/104 板，用 Pentium 4 级别的处理器运行 QNX 实时操作系统（real-time operating system）^[2]。实时操作系统的意义在于：控制程序必须按固定的节奏执行，不能因为其他任务而被随意打断。对一台每秒要多次给各个关节下达指令的行走机器人来说，这种确定性正是它能站稳的前提。

腿还改变了平衡这道题。轮式车辆只要还在地面上就是稳的；足式机器则一直处在轻微失衡又不断把自己接住的状态，每一步都要根据脚下的地形调整落点。所谓「动态」行走就是这个意思——机器人不是靠一个宽大的静态支撑面站着，而是靠不停地迈步来维持不倒。

能做什么

BigDog 能负载 150 公斤^[2]。它可以在瓦砾、泥地、雪地、水面和冰面上动态行走，也能爬上坡度达 35 度的斜坡^[2]。这些恰好就是「机械骡」要面对的工况：地面不平、打滑或者太软，常规车辆要么失去抓地力，要么根本进不去。

150 公斤的负载与复杂地形上的机动能力加在一起，是这台机器引人注意的地方。腿不是装在一辆车上当装饰的，它正是让机器能去车辆去不了的地方的那一部分。

在波士顿动力四足机器人序列中的位置

在公司的历史里，BigDog 出现得很早：按波士顿动力自己的说法，它是第一台走出实验室的足式机器人^[1]。这条线后来继续往下走。2011 年，波士顿动力公布了体型更大、力量更强的四足机器人 AlphaDog^[2]，延续的正是「会走路的驮运机器」这个想法。从后来的作品回看 BigDog，它的意义可以说得很朴素：它证明了液压四足机器可以背着沉重的负载走过车辆无法应付的地面，也是公司后续四足机器的起点。