組合、變形，8 款模塊化機器人集體出動

模塊化是一種非常重要的設計思路——在機器人領域，徹底的模塊化可以降低硬體生產成本和新軟體開發難度，實現諸如自變形、自修復這樣高大上的功能。今天我們就來說說那些模塊化機器人。

看過《超能陸戰隊》都知道，電影里的主角 Hiro Hamada 秀出一款磁力機器人在比賽上備受矚目。說是機器人，其實是由無數可以自己運動的小模塊組合而成，可以由人的意念控制，隨意變為各種形狀。如同電影中所展現的那樣，組合成橋樑、建築物、快速移動的階梯等都不話下。

模塊機器人是由多個具有一定功能、結構和自治能力的可互換模塊組成。雖然意念控制隨意組合這樣的黑科技還只是存在於動畫片中，現實中最接近這樣的技術也還有很大的差距，但它所展現的「模塊化」和「可自重構」概念卻非空穴來風。

七十年代採用模塊化思路設計自動更換末端刀具的加工機器，八十年代日本的 Toshio Fukuda 首次將模塊化設計應用在於整個機器人。科學家和工程師們已經鑽研了四五十年，如今，模塊化在機器人身上發生了哪些奇妙的結合呢？

達芬奇手術機器人

達芬奇手術機器人（Leonardo Da Vinci surgical robot），有一個龐大的四機械臂系統和許多不同功能的手術器械。這些手術器械頂端都有相同的驅動和連接機制「即手術器械圖中的四個灰色圓盤，每個圓盤通過傳動系統連接到主機械臂上的驅動電機」，可以被裝在任意一條機械臂上。

在保證這個相同連接機制的基礎上，生產商還能持續研發新的手術器械投入使用，而不必要求醫院更換昂貴的機器人系統。

達芬奇機器人的四機械臂系統

當然，這還是比較初級的模塊化運用，展示了模塊化設計可能具有的優點。模塊化機器人本身是否能帶來更不可思議的效果呢？

Baxter、 UR 系列等工業用的模塊機器人

近幾年驅動系統、傳動系統等的快速更新換代，模塊化機器人設計的想法也逐漸得到產品實現，比如 Rethink Robotics 的 Baxter、Universal Robotics 的 UR 系列機器人等，一旦這些機器人的任一個關節受到損壞，更換起來也十分的方便。

Rethink Robotics 的 Baxter

Universal Robotics 的 UR 系列

猿猴機器人 RoboSimian

美國噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）在 2015 年 DARPA 機器人大賽展示的猿猴機器人 RoboSimian 。它的每一個四肢都由七個旋轉關節組成，每個旋轉關節採用同樣的硬體配置。雖然外觀不大像猴子，但可以實現前進、攀爬、使用工具、開車等動作。

RoboSimian 跨過障礙物

RoboSimian 由爬行變為輪式（坐下、後腿縮到中間、舉起前肢）

細胞機器人 Cellrobot

為了將模塊化機器人提升到一個高級形態，國內一家初創公司利用「高級積木」做機器人的想法打造了一款細胞機器人 Cellrobot，這個產品由通用的球形單元和一些有特定功能（比如輪子、攝像頭、燈光等）的 X 單元組成，可以由用戶自己拼接設計為不同的形態。比如，機械臂、遙控汽車、甚至是人形機器人。

Cellrobot 組裝的足式機器人

能爬管道的蛇形機器人

在仿生機器人領域，卡耐基梅隆大學（CMU）的蛇形機器人可以說是一個將模塊化與仿生機器人完美結合的例子。這個蛇形機器人由近十個完全相同的模塊組成。這個機器人不僅可以爬過管道，還能上樹。

CMU 的蛇形機器人

蜘蛛外形的 Snake Monster

該實驗室還利用同樣的硬體和控制演算法，用六個月的時間打造了一款蜘蛛外形的六足機器人 Snake Monster，它的每條腿都是用蛇的模塊拼接而成。它可以感受周圍環境對它的作用力，並調整姿態以維持平衡。

CMU 的蛇形機器人「變身」六足蜘蛛

相比之下，如果用 Cellrobot 的模塊拼出了一隻六足機器人，就算它能走，也很難爬過障礙物、或抵抗外界干擾。因為它並不具備感知外界作用力從而自我調整的能力。

模塊化傢具機器人 Roombot

瑞士洛桑聯邦理工學院早前就已著手研究模塊化傢具機器人 Roombot ，它具備無限的靈活性。一個小球體就是一個 Roombot，它們通過鉸鏈相互連接，可按照指令移動、組裝成各種不同的傢具。

另外，你可以隨時發出指令擴大書桌的面積、降低高度。同時，模塊化機器人在被需要時隨叫隨到，不被需要時還會乖乖的靠牆站、碼放起來等候下一個指令。

Roombot 傢具機器人

軍用的 RoBattle 機器人

模塊化機器人還被應用到軍事防護上，以色列在陸軍防務展 Eurosatory上展出的 RoBattle 新型機器人，配有 6 個獨立液壓懸掛車輪，還可以裝備各式感測器、雷達、製圖系統和遠程控制作戰模塊。

這樣的模塊化設計可輕鬆完成改裝，以滿足不同任務需求，這一無人駕駛戰車計劃用於偵察活動、護送車隊和執行其他作戰任務。

以色列 RoBattle 新型機器人

這些模塊化機器人還遠不及電影里的磁力機器人那樣強大，但相信在不久的將來，磁力機器人會給我們帶來更震撼表演。

題圖來源：電影『超能陸戰隊』

原文鏈接：組合、變形，8 款模塊化機器人集體出動（原文圖片為動態圖）

轉載、約稿、投稿、團隊報道請聯繫微信公眾號：shenzhenware（回復關鍵字）
推薦閱讀：