技术解读：小米CyberDog中文名为“铁蛋”，仿生机器人有多难？

小米MIX4发布会接近尾声的时候，雷军向大家介绍了小米内部的一个探索概念项目——四足仿生机器人CyberDog。
 
CyberDog汇集小米11年的技术沉淀，是工程师文化和创新精神的深度凝结，也是小米对于未来科技生活的再次探索。CyberDog搭载高精度环境感知系统，全身11个高精度传感器向AI大脑实时传输信息，还原更真实的生物反应。
 
CyberDog有一个中文名字，叫“铁蛋”，小米工程师说叫铁蛋命比较硬，项目容易成功。
 
“仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前在西方国家，机械宠物十分流行，另外，仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务，具有广阔的开发前景。在实现方式上，仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求结合的产物，根据仿生学原理，模仿生物的形态、结构、材料以及功能等性能优越的机电系统，它们往往是被用来专门针对特定任务而设计出来的。
 
四足机器人是仿生机器人中的一种，以机器狗的角色最为常见。
 
对于四足机器人，首先要攻克的问题是站立。小明工坊在《平衡与舞蹈－pigot四足机器人姿态控制仿真》中对此进行了详细的介绍：四足机器人的站立姿态控制，本质上是并联机器人的逆解。只不过相比于并联机器人每条支腿只有一个驱动自由度、平台自由度和驱动自由度一般相等而言，四足机器人存在许多冗余自由度。因此在解算出每条腿的位置向量后，还需要对每条腿做逆解。当机器人做的动作越多，涉及的计算量越大，计算也越复杂。
 
然后是行走，要让四足机器人平稳的行走，最关键的点在于脚部着地力量的控制，否则过大的反向冲击容易让机器人自己将自己蹬倒。以初期的波士顿狗为例，其四肢均由液压驱动，每条腿有4个自由度：小腿和大腿各一个纵向自由度，分别由一个液压缸驱动；胯部有纵向和横向两个自由度，由两个液压缸驱动。因此，全身共16个自由度。
 
《足式机器人生物控制方法和应用》中提到，四足动物的每一步行走都处于较为稳定的三足支撑状态，该运动模式称为行进步态，是一种四拍步态。行进速度较快一点的是小跑步态（Tort）和溜蹄步态（Pace），这两者都是两拍步态。在机械原理上，有切比雪夫连杆、克兰连杆、Jansen 连杆、波塞利连杆、瓦特连杆等多种实现方式。
 
平衡性和动态运动能力是四足机器人要实现的基本性能，此外还有运动控制性能和感知性能。运动控制包括平衡控制、运动轨迹控制、电机控制。
 
四足机器人的平衡控制属于动态平衡控制，《波士顿动力真的无可企及吗？一步步剖析四足机器人技术（二）》中给出一个中基于CPG控制模型的实现方式。确定各腿之间的相位关系，即可确定步态。CPG控制模型写成全矩阵的形式：