QLAUN: A Research-Oriented, Robust, Agile, Modular, and Affordable Torque-Controlled Quadruped Robot

📄 arXiv: 2609.03623v1 📥 PDF

作者: Mohamad S. Moudallal, Noel J. Maalouf

分类: cs.RO

发布日期: 2026-09-03

备注: Extended abstract presented at IEEE ICRA@40, Rotterdam, Netherlands, September 2024. 2 pages, 1 figure

💡 一句话要点

提出QLAUN以解决四足机器人研究的成本与灵活性问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 四足机器人 模块化设计 3D打印 扭矩控制 经济实惠 灵活性 机器人研究 复杂地形

📋 核心要点

  1. 现有的四足机器人在成本、灵活性和模块化设计方面存在不足，限制了其在研究中的应用。
  2. QLAUN通过采用无电子腿设计和3D打印技术，提供了一种模块化、可互换的腿部结构，旨在提升机器人的灵活性和经济性。
  3. 实验表明，QLAUN在运动范围和冲击吸收方面表现优异，能够有效应对复杂地形，提升了四足机器人在研究中的应用潜力。

📝 摘要（中文）

QLAUN Bot（四足自适应无人导航机器人）是一种以扭矩控制为基础的四足机器人，旨在实现高效、灵活且经济实惠的机器人研究。该机器人几乎完全采用3D打印技术，具有12个自由度，采用新颖的无电子腿设计策略，模块化的腿部结构可互换且易于更换。QLAUN的腿部设计包括解耦的髋关节和膝关节执行器，增强了整体的模块化。机器人使用聚乳酸（PLA）材料打印，配备TPU-95A材料的柔性脚，以缓解冲击并应对复杂地形。本文旨在向学术界和研究界介绍QLAUN的设计理念和原则。

🔬 方法详解

问题定义：本论文旨在解决现有四足机器人在成本、灵活性和模块化设计方面的不足，特别是在研究环境中的应用限制。现有方法往往依赖于复杂的电子组件，导致成本高且维护困难。

核心思路：QLAUN采用无电子腿设计，结合3D打印技术，构建模块化的机器人结构，使得腿部可以轻松更换和维护，从而降低成本并提升灵活性。

技术框架：QLAUN的整体架构包括三个主要模块：3D打印的腿部结构、Quasi-Direct Drive（QDD）执行器和柔性脚。每条腿具有独立的髋关节和膝关节执行器，增强了运动的灵活性。

关键创新：QLAUN的主要创新在于其无电子腿设计和模块化结构，使得机器人在保持高性能的同时，具备了更低的制造成本和更高的可维护性。这与传统的四足机器人设计形成鲜明对比。

关键设计：QLAUN的腿部设计采用了12个自由度，每条腿有3个自由度，配合低比率的齿轮传动和带传动系统，显著提高关节的扭矩输出。脚部使用TPU-95A材料打印，具备良好的柔性和冲击吸收能力。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果显示，QLAUN在复杂地形上的运动能力显著提升，腿部关节的运动范围广泛，能够有效应对各种地面条件。与传统四足机器人相比，QLAUN在成本和维护方面具有明显优势，展示了其在机器人研究中的应用潜力。

🎯 应用场景

QLAUN的设计为四足机器人在学术研究和实际应用中提供了新的可能性，特别是在复杂地形的导航和探索任务中。其模块化和经济实惠的特性使得更多的研究机构能够参与到机器人技术的开发与应用中，推动相关领域的进步。

📄 摘要（原文）

QLAUN Bot (Quad-Legged Adaptive Unmanned Navigator Robot) is a torque-controlled quadruped robot that is research-oriented, cost-effective, and aimed at achieving simultaneous robustness and agility while being completely 3D-printed. It is a quadruped robot that is aimed at empowering robotics research at universities and research institutes in Lebanon and the MENA region. Using a novel electronics-free leg design strategy, we present a modular robot with interchangeable and easily replaceable legs. The 15 kg robot possesses 12 DoF (Degrees-of-Freedom) with three per leg, each paired with a completely 3D-printed Quasi-Direct Drive (QDD) actuator that consists of a brushless DC motor and a low-ratio gearbox transmission that is connected to a belt transmission system for significantly increasing the torque outputs at the joints. We present legs that have decoupled hip and knee actuators to improve the overall modularity of the robot. QLAUN is almost completely 3D-printed using polylactic acid (PLA) and assembled using off-the-shelf parts to create a robust, agile, and affordable robot for legged robot locomotion research. The legs possess joints with wide ranges of motion, including a continuous hip flexion-extension joint. A compliant foot, printed using TPU-95A is also implemented for alleviating hard impacts and handling terrain uncertainties. This extended abstract aims to introduce QLAUN, a novel platform for robotics research, emphasizing the design concepts and principles that underpin its development to the academic and research communities in the field of robotics.