トップ号を発行しました！山東大学の李宜斌教授のチームは、シンプルで機動性の高い車輪脚複合ロボットを開発した

人類は古来より、さまざまな荒野に適応できる移動機構の開発を夢見てきました。 車輪付き移動プラットフォームは、優れた動作安定性と動作効率を備えていますが、険しい地形での移動が困難です。脚式ロボットは、優れた地形適応性と動作柔軟性を備えていますが、動作の安定性とエネルギー効率が必要です。改善されるべきです。

車輪の動きと脚と足の動きの利点を組み合わせるために、車輪と脚の複合運動機構が誕生しました。 一般的な車輪と脚の複合機構には、主に特殊な形状の車輪 (RHex など)、スポーク車輪 (Wheg など)、変形車輪 (OmniWheg など)、一連の車輪脚 (Wheeled-ANYmal など) などが含まれます。 . 図 X に示すように。

図1 一般的な車輪脚複合ロボット

最近、山東大学の李宜斌教授、日本の立命館大学の馬秀根教授、中国科学院瀋陽オートメーション研究所の劉金國教授、そして志江研究所の孔玲宇准研究員のチームが、 Q-Whex と名付けられた新しいタイプの車輪脚複合ロボットを開発しました。 を図 2 に示します。

図 2 Q-Whex ロボット

Q-Whex は、車輪付き移動プラットフォームのように平らな地面をスムーズに移動でき、足付きロボットのようにシャーシの高さよりも高い障害物を乗り越えることができます。表 1 に示すように、Q-Whex は他の車輪脚複合移動ロボットと比較して、動作の滑らかさ、機構の複雑さ、制御の難易度の点で優れています。

表1 Q-Whexと他の車輪脚複合移動ロボットの比較

この研究は、「Q-Whex: シンプルで機動性の高い擬似車輪付き六脚ロボット」というタイトルで Journal of Field Robotics に掲載されました。

▍シンプルな機構と便利な制御

論文に示されている Q-Whex ロボットは長さ 277.5 mm、幅 204.8 mm、高さ 39.5 mm、自重は 2.4 kg、荷重 2.65 kg で前進速度 0.44 m/s に達します。 。 Q-Whex は、本体と 6 つの同型扇形半輪駆動システムで構成されています。制御回路、IMU、バッテリー、カメラを胴体内部に集積、車輪脚構造の駆動モーターも胴体内部に配置、各半輪は210°の扇形構造とし、モーターの出力軸を配置扇形の中心に接続して回転を実現 扇形の場合 円弧のエッジが地面に接触すると車輪移動となり、扇形のエッジが地面に接触すると脚型の障害物を乗り越える効果が得られます。

Q-Whex の製造と組み立ては、図 3 に示すように非常に簡単です。モーターと胴体の内部のコンポーネントは 2 枚のカーボンファイバー プレートの間に取り付けられ、扇形の各半ホイールもカーボンファイバー プレートで作られています。 。

図 3 Q-Whex の分解図

Q-Whex のモーションコントロールも非常に簡単で、それぞれの扇形半輪が連続的に回転し、左扇形半輪と右扇形半輪の速度差を制御することでステアリングを実現します。ロボットの各扇形半輪の回転角度を制御することで、それらの位相差により異なる歩容を生成することができます。図 4 は、Q-Whex の 4 つの典型的な歩行を示しています。

図 4 Q-Whex の典型的な歩行表示

▍車輪と脚の組み合わせ、障害物を登って乗り越える

Q-Whex は、図 5 に示すように、三角形の歩行を採用しており、車輪付き移動プラットフォームのように平坦な地面をスムーズに移動できます。

図 5 Q-Whex は平らな地面でスムーズに移動します

Q-Whex は、図 6 に示すように、雪、氷、砂利、その他の表面も簡単に処理できます。

図 6 Q-Whex はさまざまな表面で動作します

図 7 に示すように、対称的な歩行を使用すると、32 度の坂道を上り下りできます。

図 7 32 度の斜面上の Q-Whex

図 8 に示すように、連続した段差を登ることができます。

図 8 Q-Whex が連続する階段を登る

図 9 に示すように、さまざまな起伏の多い地形は問題になりません。

図 9 険しい地形を走行する Q-Whex

▍左右対称の構成で転倒の心配なし

Q-Whex ロボットの構造設計は、前後・左右・上下の 3 方向に対称な構成を採用しているため、動作中に前後・前後の区別がありません。 。走行中にロボットが誤って横転しても、「バックサイドアップ」構成で前進を続けることができるため、複雑な環境の動きにおけるリスクや事故に対する優れた保険と耐障害性を備えています。図 10 は、ロボットが上昇プロセス中に転倒し、その後「バックアップ」姿勢で上昇を完了したことを示しています。

図 10 Q-Whex は横転後も走行を続けることができます

▍空中カメラ、遠隔検出

Q-Whex ロボットには小型カメラ装置が取り付けられており、収集した画像を WiFi または 4G ネットワーク経由で遠隔オペレーターにリアルタイムで送信できます。したがって、図 11 に示すように、Q-Whex は無人検出タスクを実行できます。

図 11 Q-Whex は遠隔検出に航空機搭載カメラを使用できます

図 12 に示すように、リモートで猫をからかうこともできます。

写真 12 Q-Whex と猫

Q-Whex は本質的に新しい車輪と脚の複合モビリティのコンセプトであり、その高い操縦性と強力な通過性は、独立して駆動される 6 つの扇形の半車輪の連続回転と相互位相調整によって得られます。 この概念は、産業検査、物流輸送、現場検出などに必要なモバイル プラットフォームに適用できます。実際のアプリケーション要件に応じて、適切な構成とサイズを選択する必要があります。 ロボットは複雑な認識や制御戦略を採用する必要がなく、構造と制御が単純であるためシステムの堅牢性と信頼性が向上します。

論文の筆頭著者は山東大学の准研究員 Zhang Guoteng です。電子メール:

guoteng@email.sdu.edu.cn。

論文リンク:

https://doi.org/10.1002/rob.22186

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