Design of Q8bot: A Miniature, Low-Cost, Dynamic Quadruped Built with Zero Wires
作者: Yufeng Wu, Dennis Hong
分类: cs.RO, eess.SY
发布日期: 2025-08-02
备注: 6 pages, 8 figures. Submitted to IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2025). Supplementary video available at https://youtu.be/0dk7lYoITQw?si=nuw_0RntakqrGOI4
💡 一句话要点
提出Q8bot以解决低成本四足机器人设计问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 四足机器人 零线设计 低成本 动态运动 开源硬件 教育应用 机器人研究
📋 核心要点
- 现有四足机器人设计往往面临高成本、复杂组装和低可靠性等挑战。
- Q8bot采用零线设计，结合简单的结构和易于获取的组件，降低了成本并提升了可复制性。
- 实验结果显示，Q8bot在稳定性和动态表现上优于同类产品，且组装时间显著缩短。
📝 摘要（中文）
本文介绍了Q8bot，这是一款开源的微型四足机器人，旨在推动机器人研究与教育。我们提出了新颖的零线设计方法，使其在形态、稳健性、可复制性和高性能方面表现优越。该机器人体积和重量与现代智能手机相似，单次充电可行走超过一小时，并能承受一米高的跌落，且修复简单。其材料成本约为300美元，使用了最少的现成组件、在线供应商提供的定制电子元件以及可在业余3D打印机上制造的结构部件。初步的用户组装研究表明，Q8bot的复制性良好，单人平均组装时间不足一小时。通过启发式开环控制，Q8bot实现了每秒5.4个身体长度的稳定行走速度和每秒5弧度的转向速度，以及跳跃和爬坡等动态动作。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有四足机器人在成本、组装复杂性和可靠性方面的不足，尤其是传统设计中常见的线缆管理问题。
核心思路：Q8bot的核心设计思路是采用零线设计，利用无线电源和控制系统，简化了机器人内部结构，提升了其稳定性和可维护性。
技术框架：Q8bot的整体架构包括无线电源模块、控制模块和运动执行模块。无线电源模块提供动力，控制模块负责运动规划，运动执行模块则实现具体的行走、跳跃等动作。
关键创新：Q8bot的最大创新在于其零线设计，使得机器人在结构上更加紧凑，减少了故障点，并提高了抗摔能力。与现有方法相比，Q8bot在成本和组装效率上具有显著优势。
关键设计：在设计过程中，Q8bot使用了标准化的电子元件，优化了电池管理系统，并采用了轻量化的材料，确保了其在动态运动中的稳定性和耐用性。
📊 实验亮点
Q8bot在实验中实现了每秒5.4个身体长度的稳定行走速度和每秒5弧度的转向速度，显示出其优越的动态性能。此外，单人组装时间平均不足一小时，显著提高了用户的操作便利性。
🎯 应用场景
Q8bot的设计适用于教育、研究和开发等多个领域，尤其是在机器人技术的教学中，可以作为学生的实践项目。此外，其低成本和高可复制性使其成为科研机构和爱好者进行机器人实验的理想选择，未来可能推动更多创新应用的出现。
📄 摘要（原文）
This paper introduces Q8bot, an open-source, miniature quadruped designed for robotics research and education. We present the robot's novel zero-wire design methodology, which leads to its superior form factor, robustness, replicability, and high performance. With a size and weight similar to a modern smartphone, this standalone robot can walk for over an hour on a single battery charge and survive meter-high drops with simple repairs. Its 300-dollar bill of materials includes minimal off-the-shelf components, readily available custom electronics from online vendors, and structural parts that can be manufactured on hobbyist 3D printers. A preliminary user assembly study confirms that Q8bot can be easily replicated, with an average assembly time of under one hour by a single person. With heuristic open-loop control, Q8bot achieves a stable walking speed of 5.4 body lengths per second and a turning speed of 5 radians per second, along with other dynamic movements such as jumping and climbing moderate slopes.