浙大等团队研发，我国轮足机器人通过高原“大考”，戈壁湿地如履平地

在青海格尔木海拔 3500 米的戈壁滩上，一阵风吹过，卷起碎石打在金属外壳上噼啪作响。一台 “长相特别” 的机器正在缓缓移动。它既有车轮，又有类似动物的 “腿”，遇到半米高的岩架时，车轮轻轻收起，“腿”一抬就跨了过去；进入平坦沙地，“腿”又藏了起来，车轮飞速转动，速度比普通人跑步还快。

——这其实是来自我国山东大学、南京理工大学、浙江大学等数个研究团队最新研发的 “轮足机器人”，它刚刚完成了一场为期数月的 “高原大考”，在戈壁、沙漠、草甸、湿地里交出了满分答卷。

该成果以“Wheeled-legged robots for multi-terrain locomotion in plateau environments”为题发表在机器人相关期刊Biomimetic Intelligence and Robotics上。

▍高原无人区的难题：谁能代替人类“跑腿”？

提起高原，很多人想到的是蓝天白云、雪山草原，但对需要“干活”的人来说，这里藏着太多难题。比如电力巡检工人要走几十公里的山路检查输电塔，高原反应让每一步都很吃力；如果发生地震或洪水，偏远地区的救援物资很难送进去，因为道路可能被冲毁，普通车辆根本开不进去。

过去，研究者们尝试用机器人解决这些问题，但效果总是不尽如人意：

轮式机器人像普通汽车一样靠轮子跑，在平坦路面上很快，还能拉重物，但遇到小土坡、碎石堆就 “卡壳”，甚至会翻车；

足式机器人比如仿狗机器人，能跨障碍、爬陡坡，像动物一样灵活，但跑不快，而且拉不了太重的东西。如果让它运救援物资，可能跑 1 公里就要充电，效率太低。

既要跑得快，又要能拉货，还得能应付各种烂路，这成了高原机器人的三重考验。直到 “轮足机器人”出现，这个难题才有了新解法。

轮足机器人的核心思路很简单：把车轮和腿结合起来，让机器人拥有 “双重技能”。

想象一下，在平坦的戈壁或草原上，它用车轮移动，速度能达到 12 公里/小时，还能拉着几十公斤的物资；遇到半米高的沟渠、松动的碎石坡，或者陷人的湿地时，它会立刻切换模式，车轮收起，四条 “腿”撑住地面跨障碍、爬陡坡，甚至能在烂泥里调整重心，不被陷住。

实际上，目前轮足机器人已凭借其多模态移动性，正成为机器人领域的重要研究热点。但研究者们还有一个顾虑，在实验室里表现再好，到了真实的高原环境中，它还能靠谱吗？毕竟高原空气稀薄、温度低，地形还特别复杂。

格尔木就是这样一个 “天然测试场”。

▍格尔木试炼：在地球第三极边缘闯关

格尔木地区，几乎是一个地形博物馆。海拔从 2800 米到 4000 米，既有寸草不生的戈壁滩，也有会吞车轮的湿地；既有随风移动的沙丘，也有藏着暗坑的草甸。更关键的是，这里的环境和青藏高原核心区很像，能模拟机器人未来可能遇到的极端工作场景。

研究人员派出了三种不同体型的轮足机器人参与此次任务，分别是：

全尺寸重型机器人：具备较强的负载能力，适合执行物资运输等任务；

中型原型机器人：在灵活性和结构强度之间取得平衡，便于进行多种地形测试；

轻型原型机器人：体型最小，响应迅速，主要用于验证控制算法和感知系统的实时性能。

这些机器人在没有人工干预的情况下，成功完成了包括行走、转弯、爬坡、跨越沟渠和岩石等一系列动作。即使在最容易打滑的松软土坡上，机器人也能通过协调腿部和轮子的动作，稳步上行，展现出优秀的自主控制能力。

你可能会好奇，这些机器人是如何“看清”路面并做出反应的呢？其实，它们搭载了先进的感知与控制系统：

在运动控制方面，机器人采用了结合近端策略优化 (PPO) 和低级 PD 控制器的混合控制系统。该策略在模拟中训练，观测数据包括命令输入、关节位置和速度、角速度、重力矢量和先前的动作。执行器网络输出关节位置目标，PD 控制器跟踪这些目标以产生扭矩命令。使用该框架，机器人实现了超过 12 km/h 的非铺砌地形运动速度，展示了其在具有挑战性的高地环境中的多模态移动性和系统稳健性。

在感知方面，机器人配备了多种传感器，包括立体摄像头、激光雷达、惯性测量单元等，能够实时捕捉周围环境的信息。特别值得一提的是，在高原强烈的光照条件下，研究人员对视觉系统进行了特殊优化，确保机器人能够准确“看清”环境。

其中，地形分类系统是感知系统的重要组成部分。研究人员收集了900多张高原典型地形的图像，包括水坑、泥地、垂直障碍、碎石、台阶、草地、沙地和沟渠等8个类别。通过这些数据训练出的深度学习模型，使机器人能够以87.5%的准确率识别不同地形，从而采取相应的运动策略。

在未知环境中，构建环境地图是机器人自主导航的基础。此次测试中，轮足机器人展示了令人印象深刻的三维地图构建能力。

机器人通过激光雷达扫描周围环境，实时生成高精度的三维点云地图。这一过程类似于我们使用手机地图软件，但更加复杂和精确。在典型的高原地形测试中，机器人的建图误差控制在真实距离的1.5%以内，定位频率超过50Hz，这意味着它能够快速而准确地感知环境变化。

这项技术的重要性不言而喻：在救援任务中，机器人可以绘制灾害现场的地图；在科学考察中，它可以记录勘察区域的地形特征；在运输任务中，它能够规划出最优路径。所有这些应用都建立在精确的环境感知和地图构建能力之上。

▍结语与未来

这次格尔木测试，不仅证明了轮足机器人能在高原稳定工作，还为它未来的应用打开了大门。

随着技术的不断进步，轮足机器人必将在更多极端环境中发挥重要作用，成为人类认识自然、保护自然、与自然共生的得力助手。它们不仅是技术创新的体现，更是人类智慧的延伸，将在未来的高原探险、科学考察、应急救援等任务中书发挥重要作用。

从青藏高原起步，轮足机器人的足迹将迈向更广阔的世界或许在不久的将来，当我们再提到高原时，除了雪山草原，还会想到那些穿梭在戈壁湿地里的轮足机器人——它们默默工作，帮人类把 “不可能” 变成 “可能”，拓展着我们探索自然的边界。