Design and Control of SKATER: A Wheeled- Bipedal Robot With High-Speed Turning Robustness and Terrain Adaptability

适应性 稳健性(进化) 地形 计算机科学 机器人 控制工程 工程类 控制理论(社会学) 模拟 人工智能 控制(管理) 地理 生物 地图学 生物化学 生态学 基因
作者
Yu Wang,Teng Chen,Xuewen Rong,Guoteng Zhang,Yibin Li,Yaxian Xin
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30 (2): 1310-1321 被引量:25
标识
DOI:10.1109/tmech.2024.3420390
摘要

This article presents the design, control, and implementation of a novel wheeled-bipedal robot: SKATER. The design of the wheeled-leg structure and joint actuators is introduced and a hardware control architecture is developed for state perception and servo control of the robot. A distributed dynamic modeling strategy is employed to reveal the force transfer relationship between the torso and the wheeled-leg system. Furthermore, a hierarchical control framework based on model predictive control is proposed, with the incorporation of centrifugal force compensation (CFC) and terrain adaptation control strategies into the whole-body controller to enhance the high-speed turning robustness and terrain adaptability of the robot. The robustness to disturbance and high-speed small-radius turning are verified by antidisturbance and CFC turning experiments. In addition, the robot exhibits active compliance and adaptability when facing unstructured terrains, as evidenced by the performance in continuous step-down and down stairs with single-leg experiments.
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