一名來自普渡大學的機械工程學生、YouTuber 和自稱機器人愛好者的 Aaed Musa 發佈了他的最新 DIY 機器人 CARA 的詳細資訊。與大多數使用齒輪或滑輪的機器狗不同，CARA 是由繩索驅動的，具體來說是通過一種稱為 capstan drive 的系統。
這種驅動方式為 CARA 的名稱「Capstans Are Really Awesome」提供了靈感。這是 Musa 的第四個也是最先進的設計。
Musa 在他專門的網站上解釋道：「CARA 是我最新的四足機器人，之前的設計包括 ZEUS、ARES 和 TOPS。經過一年的建造，CARA 是我迄今為止設計得最具動感和最完善的四足機器人。」
對於不熟悉這個術語的人來說，capstan drive 是一種機械系統，它利用緊繃的繩索繞在光滑的鼓上來傳遞動作和扭矩，類似於沒有齒輪的變速箱。
Musa 補充道：「capstan drives 提供了幾個優勢：零反向間隙、高扭矩透明度、低慣性、低成本和安靜運行。這些特性使它們成為機器人技術中理想的速減器。」
為了實現這一目標，Musa 解釋說，CARA 使用高強度、無伸縮的繩索（Dyneema DM20），以確保系統不會隨時間退化。其他主要機械特徵包括各種 3D 列印的部件。
這些部件均為 CARA 專門設計，並使用高強度材料（如 PET 和碳纖維）列印而成。它還配備了強而輕的碳纖維管。
該機器人還使用無刷「煎餅」電機，這是一種來自無人機技術的大直徑低速電機，提供大量扭矩。CARA 總共配備了 12 顆電機，每條腿有三顆。
CARA 還配備了 ODrive S1 電機控制器，將每個無刷電機轉換為智能執行器，能夠控制位置、速度和扭矩。所有這些硬體由 Teensy 4.1 微控制器控制，該控制器充當機器人的大腦。
CARA 還配備了 BNO086 IMU 感應器，測量其在 3D 空間中的方向（傾斜、俯仰、滾轉）。所有這些由一個 24 伏特的電動工具電池供電，便於攜帶和更換。
該機器人還利用了一種稱為逆向運動學（IK）的技術，使其能夠確定最佳的關節運動，以精確定位每隻腳在 3D 空間中的位置。
在運行時，CARA 使用跑步步態（對角腿一起移動），保持至少兩條腿接觸地面以確保穩定。Musa 測試了多種步態軌跡以找到最佳方案，包括三角形、矩形和圓弧。
在這些測試中，他發現圓弧路徑是最佳選擇，有效模仿了真實狗爪的平滑上下弧度。在測試過程中，Musa 發現一些原始部件出現斷裂（如後腿連接部），這促使他對最終設計進行了一些關鍵升級。
這些升級包括用更厚、更耐用的替代品重新設計薄弱部件。他還減少了步幅和速度，以降低動量並減少某些部件的壓力。
他還加入了 IMU 數據，以檢測 CARA 的傾斜，並改進了 IK 方程以轉移重量並在斜坡上保持穩定。所有這些改進使 CARA 看起來更具生命力和自我意識。
展望未來，Musa 已經計劃對 CARA 進行進一步升級，包括為其後部增加輪子和各種安裝配件。這些配件可能包括 GoPro 相機、Nerf 槍、LiDAR 感應器或機器手。
他還計劃他的下一款機器狗，Musa 解釋道：「這將很可能是一個更小、更適合建造者的 CARA 版本，並附有逐步建造指南。這個項目預計將在 2026 年的某個時候進行。」
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