WaveForward: An Omnidirectional Passive Wheeled Quadruped Robot with Casters
作者: Chuanlin Zhao, Qifeng Zheng, Shuhan Wang, Tiancheng Ma, Weixian Lin, Xin Luo
分类: cs.RO
发布日期: 2026-06-24
备注: 8 pages,11 figures
💡 一句话要点
提出一种低成本的全向被动轮腿机器人以解决复杂地形移动问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱二：RL算法与架构 (RL & Architecture)
关键词: 被动轮腿机器人 全向移动 控制方法 成本降低 复杂地形
📋 核心要点
- 现有的驱动轮机器人在复杂地形移动时面临高成本和复杂设计的问题，限制了其应用。
- 本文提出了一种新型被动轮腿机器人，采用标准万向轮和不对称演员-评论者控制方法，实现全向移动。
- 实验结果显示，该机器人在全向运动中表现出色，运输成本显著降低，提升了实际应用价值。
📝 摘要（中文）
轮腿机器人结合了灵活的机动性和高效性，适用于复杂地形的长距离运输。传统的驱动轮机器人因轮组件的引入，需要专门的硬件和电气设计。本文提出了一种新型的低成本被动轮腿机器人，采用标准万向轮实现全向移动。控制方法采用不对称的演员-评论者结构，利用被动万向轮的角度和速度的特权信息。我们开发了一种基于速度指令的万向轮底座姿态调整策略，利用驱动关节修改万向轮底座关节轴姿态，从而调整万向轮的推进方向。此外，我们实现了多种推进模式，以实现不同程度的万向轮扭转振荡，将其转化为推进力。实验结果表明，该被动轮四足机器人能够实现全向运动的多样性，并在腿部运动方面将运输成本降低了高达89.1%。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决传统驱动轮机器人在复杂地形移动时的高成本和复杂设计问题。现有方法需要专门的硬件和电气设计，限制了其广泛应用。
核心思路：我们提出了一种低成本的被动轮腿机器人，利用标准万向轮实现全向移动，采用不对称的演员-评论者结构来控制机器人，充分利用被动万向轮的角度和速度信息。
技术框架：整体架构包括机器人硬件设计、控制方法和姿态调整策略。硬件部分采用标准万向轮，控制方法基于演员-评论者结构，姿态调整策略则通过驱动关节来实现。
关键创新：最重要的技术创新是通过被动万向轮实现全向移动，并结合不对称演员-评论者结构来优化控制。这与传统驱动轮机器人的设计有本质区别，降低了成本和复杂性。
关键设计：在设计中，关键参数包括万向轮的选择、控制算法的优化，以及姿态调整策略的实现。损失函数和网络结构经过精心设计，以确保机器人在不同环境下的稳定性和灵活性。
📊 实验亮点
实验结果表明，该被动轮四足机器人在全向运动中表现出色，运输成本相比传统腿部运动降低了高达89.1%。通过多种推进模式的实现，机器人展现了优异的运动灵活性和适应性。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括救援任务、物流运输和探索未知环境等。由于其低成本和高效能，该被动轮腿机器人能够在多种复杂地形中灵活移动，具有广泛的实际价值和未来影响。
📄 摘要（原文）
Wheeled-legged robots possess both agile mobility for traversing complex terrains and high efficiency, making them suitable for long-distance transportation applications. Conventional actuated wheeled robots require specialized hardware and electrical design due to the incorporation of wheel components. We propose a novel and low-cost passive wheeled legged robot equipped with standard casters on each leg to obtain omnidirectional mobility. The control method employs an asymmetric actor-critic structure, enabling the utilization of the privileged information of the passive caster's angles and velocities. We develop a caster base posture adjustment strategy based on velocity commands, utilizing actuated joints to modify the caster base joint axis posture and thereby adjust the propulsion direction of the casters. Moreover, we implemented multiple propulsion modes to achieve varying degrees of caster twisting oscillation, converting these into propulsive force. We conducted a slalom test and mode switch experience, which shows the passive wheeled quadruped could achieve omnidirectional movement versatility, and reduce the cost of transport (COT) by up to 89.1% with respect to legged motion.