在自然环境中，群体昆虫（如蜜蜂、蚂蚁、白蚁等）、鱼和鸟类等动物可以通过合作完成难以或不可能完成的任务。受这些集群行为的启发，
最近，圣母大学和佐治亚理工学院开发了一种可以组装成多体足式机器集群系统的单体运动。（Self-reconfigurable multilegged robot swarms collectively accomplish challenging terradynamic tasks） 。
无尾部机构的机器人运动(来源:Science Robotics ）
在这项研究中，研究人员提出了一种内置传感、驱动和控制功能的四足驱动单体机器人，可以独立移动，可以组合成多体机器人。为了提高复杂地形下单个机器人的运动性能，研究人员为该机器人设计了灵活的驱动脚和尾部机构。
当执行相对简单的任务时，如在平坦的地面上运输物体，使用单体机器人可以反映成本优势。当需要在复杂的环境中越障和运输时，使用多体机器人具有更多的性能优势。
研究人员提出的机器人：(A) 单四足机器人；(B) 多体机器人由单体组装；(C) 多体机器人爬楼示意；(D) 多体机器人越障示意；(E) 前后两个机器人运输断足机器人；(F) 多个单体四足机器人组装成多体机器人 （来源：Science Robotics ）
作者在这项研究中提出的四足机器人的灵感来自之前的研究（A systematic approach to creating terrain-capable hybrid soft/hard myriapod robots），每个单体机器人分为两段，每段都有一对驱动脚，两段结构与伺服电机相连。
单体机器人通过磁性机构组装成多体机器人(来源:Science Robotics ）
为了提高稳定性，研究人员设计了一种尾部机构。尾部机构提供了消除机器人不必要转弯和翻转运动的额外支撑点。研究人员 工作人员分别测试了是否有尾部机构的机器人运动。使用尾部机构时，机器人在每个周期下行走的位移大于无尾部机构时的位移。
安装尾部机构的机器人运动(来源:Science Robotics ）
研究人员表示，传统上，大多数足式机器人使用位置控制或扭矩控制来实现复杂地形的驱动，这需要多个传感器。然而，由于干扰等复杂情况，无法获得不准确的反馈。为了实现快速稳定的驱动，需要额外的设计。
尾部机构的安装对机器人运动有影响：(A) 驱动足运动时序；(B) 无尾部机构时的重心轨迹；(C) 尾部机构有重心轨迹；(D) 机器人的运动轨迹(来源:Science Robotics ）
受仿生动物的启发，研究人员通过改造驱动脚来提高机器人对复杂地形的适应性。这种灵活的转换驱动脚的优点是在运动时保持一定的扭矩，使驱动脚与地面的接触区域更有效地分布，并在不干扰步态的前提下提供强大的障碍能力。
四足机器人的结构组成：(A) 单四足机器人 CAD 模型；(B) 磁性连接机构；(C) 具有复位弹簧柔性足的工作原理；(D) 尾部机构(来源:Science Robotics ）
单体机器人与多体机器人的攀爬对比实验：单体机器人无法跨越间隙（来源：Science Robotics ）
由于机器人的重心位于双脚之间，当单个机器人卡住时，前脚落入间隙，只能用后脚旋转，而机器人由于向前倾斜而无法恢复姿势。然而，将机器人连接在一起并组装成多机器人可以向后移动重心，并通过沟渠分布适当的重量。
单体机器人与多体机器人的爬楼对比实验：多体机器人可成功越障（来源：Science Robotics ）
研究人员首先测试了不同高度楼梯上单个机器人的攀爬性能。单个机器人可以成功爬上 1.25 厘米高的楼梯爬不上 2.5 在厘米高的楼梯上，但多体机器人可以爬上 2.5 高厘米的楼梯。
动体机器人无法爬上一定高度的台阶(来源:Science Robotics ）
多体机器人可以爬过同样高度的台阶(来源:Science Robotics ）
为了测试多足机器人运动的鲁棒性，研究人员设置了分散的木块障碍物来模拟复杂的地形。在这个开环控制实验中，单个机器人无法继续移动，因为尾部机构或驱动脚被卡住了。相比之下，多体机器人可以通过障碍物继续移动。
动图单机器人越障卡住(来源:Science Robotics ）
多体机器人器人成功越障(来源:Science Robotics ）
同样，在现实中，机器人也有可能出现故障。本研究提出的单体机器人可以在没有干预的情况下继续运动，因为驱动脚损坏或其他部件（驱动或传输）出现故障。
动图:单机器人驱动脚损坏不能正常运动(来源:Science Robotics ）
研究人员将三个单体机器人组装成多体机器人，中间是缺乏驱动足的机器人。他们发现，由于摩擦减少，多个机器人仍然可以继续移动，爬行速度增加。
动图多体机器人驱动脚损坏可正常运动(来源:Science Robotics ）
例如，在平坦的地面上，单体机器人可以负载约占其质量 70% 对于物体，使用单体机器人可以节省成本，随着物体质量的提高和路况的复杂性，使用多体机器人可以完成任务。
图片机器人跨越崎岖地形运输体机器人用于无障碍路面运输，多体机器人用于越障)(来源:Science Robotics ）
多足机器人作为重要成员之一，一直是多足移动仿生机器人的研究热点。本研究提出的多足机器人大大提高了多足机器人的运动能力，扩大了其应用场景，具有较高的研究前景和市场前景。
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