Zippy: The smallest power-autonomous bipedal robot

📄 arXiv: 2505.05686v1 📥 PDF

作者: Steven Man, Soma Narita, Josef Macera, Naomi Oke, Aaron M. Johnson, Sarah Bergbreiter

分类: cs.RO

发布日期: 2025-05-08

💡 一句话要点

提出Zippy以解决小型双足机器人动力自主性问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 双足机器人 微型机器人 准被动行走 开环控制 运动性能 机器人设计 动力自主性

📋 核心要点

  1. 现有的腿部机器人在迷你化过程中面临硬件限制，导致执行器的数量和精度不足，影响其性能。
  2. 论文提出了一种基于准被动行走机器人设计原则的方法，通过简单机制和开环控制实现稳定的运动。
  3. Zippy在实验中展示了其卓越的性能，最高前进速度达到25厘米/秒，成为所有尺寸中最快的双足机器人。

📝 摘要（中文）

迷你化腿部机器人平台面临硬件限制，限制了执行器的数量、功率密度和精度。通过利用准被动行走机器人的设计原则，Zippy实现了稳定的运动和转向，采用简单机制和开环控制。Zippy是目前最小的自供电双足行走机器人，仅高3.6厘米，配备圆形脚和单个无反馈控制的电机，能够转弯、跳跃和攀爬台阶。在最快的步态下，Zippy的前进速度达到25厘米/秒，相当于每秒10个腿长，是所有尺寸中最快的双足机器人。本文探讨了该机器人的设计与性能，并与更大规模的动态行走机器人进行了比较。

🔬 方法详解

问题定义：本论文旨在解决小型双足机器人在迷你化过程中面临的硬件限制问题，现有方法在执行器数量和功率密度上存在不足，影响了机器人的运动能力。

核心思路：论文的核心思路是利用准被动行走机器人的设计原则，结合简单的机械结构和开环控制，实现稳定的行走和转向。这样的设计使得机器人在小型化的同时仍能保持良好的运动性能。

技术框架：整体架构包括机器人设计、控制机制和性能评估三个主要模块。设计模块关注机器人的物理结构，控制机制采用单电机驱动，性能评估则通过实验验证机器人的运动能力。

关键创新：最重要的技术创新在于Zippy的设计和控制方式，采用了单个无反馈控制的电机，突破了传统双足机器人的复杂控制需求，使得机器人在小型化的同时仍能实现高效的运动。

关键设计：Zippy的关键设计包括其圆形脚部结构，优化了与地面的接触，提升了稳定性；同时，电机的选择和配置也经过精心设计，以确保在小体积下实现最大的动力输出。

📊 实验亮点

Zippy在实验中达到了25厘米/秒的前进速度，相当于每秒10个腿长，成为所有尺寸中最快的双足机器人。与其他动态行走机器人相比，Zippy在小型化和自主性方面展现了显著的优势，推动了微型机器人技术的发展。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括微型机器人、救援任务、环境监测等。Zippy的设计理念可以为未来的微型机器人开发提供新的思路，尤其是在需要高机动性和灵活性的场景中，具有重要的实际价值和影响。

📄 摘要（原文）

Miniaturizing legged robot platforms is challenging due to hardware limitations that constrain the number, power density, and precision of actuators at that size. By leveraging design principles of quasi-passive walking robots at any scale, stable locomotion and steering can be achieved with simple mechanisms and open-loop control. Here, we present the design and control of "Zippy", the smallest self-contained bipedal walking robot at only 3.6 cm tall. Zippy has rounded feet, a single motor without feedback control, and is capable of turning, skipping, and ascending steps. At its fastest pace, the robot achieves a forward walking speed of 25 cm/s, which is 10 leg lengths per second, the fastest biped robot of any size by that metric. This work explores the design and performance of the robot and compares it to similar dynamic walking robots at larger scales.