Design and Central Pattern Generator Control of a New Transformable Wheel-Legged Robot

要約

本論文では、新しい車輪脚ロボットを紹介し、ロボットが様々な地形上を移動するための中心パターンジェネレータ（CPG）に基づくモーションコントローラを開発する。変形可能な脚車輪の設計を検討し、設計の関数として主要な運動特性を特徴付ける。同軸ハブ配置によって駆動される一般化された4バー機構に基づいて運動学的解析を実施。この解析は、オシレータの状態を車輪と脚の軌道にマッピングし、オシレータネットワーク内で差動ステアリングを実装することにより、ロボットを制御する中央パターンジェネレータの設計に活用される。CPGの基礎として3つの振動子モデルが使用され、その性能が様々な入力に対して比較される。CPGベースのコントローラを用いて、開発したロボットプロトタイプを平地および障害物上で走行させた。さらに、不整地での走行と障害物の乗り越えについても模擬試験を行った。その結果、変形可能な車輪脚ロボットにおけるCPG制御の有効性が実証された。

要約(オリジナル)

This paper introduces a new wheel-legged robot and develops motion controllers based on central pattern generators (CPGs) for the robot to navigate over a range of terrains. A transformable leg-wheel design is considered and characterized in terms of key locomotion characteristics as a function of the design. Kinematic analysis is conducted based on a generalized four-bar mechanism driven by a coaxial hub arrangement. The analysis is used to inform the design of a central pattern generator to control the robot by mapping oscillator states to wheel-leg trajectories and implementing differential steering within the oscillator network. Three oscillator models are used as the basis of the CPGs, and their performance is compared over a range of inputs. The CPG-based controller is used to drive the developed robot prototype on level ground and over obstacles. Additional simulated tests are performed for uneven terrain negotiation and obstacle climbing. Results demonstrate the effectiveness of CPG control in transformable wheel-legged robots.

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