Dynamic Quadrupedal Legged and Aerial Locomotion via Structure Repurposing

📄 arXiv: 2510.09526v1 📥 PDF

作者: Chenghao Wang, Kaushik Venkatesh Krishnamurthy, Shreyansh Pitroda, Adarsh Salagame, Ioannis Mandralis, Eric Sihite, Alireza Ramezani, Morteza Gharib

分类: cs.RO

发布日期: 2025-10-10

💡 一句话要点

提出一种基于结构重用的动态四足腿式与飞行运动融合方案

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 多模态机器人 四足机器人 腿式运动 飞行运动 结构重用

📋 核心要点

  1. 多模态机器人需要在不同运动模式间切换，现有设计难以兼顾各模式的需求。
  2. Husky v.2通过结构重用，将腿部结构同时用于腿式运动和飞行，实现多模态融合。
  3. 论文展示了Husky v.2的硬件设计，并验证了其动态四足运动和悬停能力。

📝 摘要（中文）

本文研究了多模态地面-空中机器人，其主要挑战在于整合不同操作模式下相互冲突的需求。东北大学开发的Husky机器人系列，特别是本文讨论的Husky v.2，通过结构重用来实现姿态控制和推力矢量，从而解决多模态运动的问题。该四足机器人具有可用于动态腿式运动和飞行的腿部结构。本文介绍了该机器人的硬件设计，并报告了动态四足腿式运动和悬停的主要结果。

🔬 方法详解

问题定义：多模态地面-空中机器人的设计面临着不同运动模式之间的需求冲突。例如，腿式运动需要稳定的地面接触和强大的支撑力，而飞行则需要轻量化和高效的推力系统。现有方法通常采用独立的腿部和飞行机构，导致机器人结构复杂、重量增加，难以实现高效的运动切换和能量利用。

核心思路：本文的核心思路是“结构重用”，即利用同一套硬件结构，通过不同的控制策略，实现腿式运动和飞行两种模式。具体而言，Husky v.2的腿部结构被设计成既能提供腿式运动所需的支撑和推进力，又能通过姿态调整和推力矢量控制，实现飞行所需的升力和姿态稳定。

技术框架：Husky v.2机器人的整体架构包括：1）四个可重构的腿部结构，每个腿部包含多个电机和关节，用于实现腿式运动和姿态调整；2）一个中央控制单元，负责感知环境信息、规划运动轨迹和控制各个电机；3）一套推力矢量系统，用于提供飞行所需的升力和姿态控制。运动流程包括：首先，根据任务需求选择运动模式（腿式或飞行）；然后，中央控制单元根据选定的模式，规划相应的运动轨迹和控制策略；最后，控制各个电机和推力矢量系统，实现期望的运动。

关键创新：本文最重要的技术创新点在于将腿部结构同时用于腿式运动和飞行，实现了硬件资源的有效利用和运动模式的无缝切换。与现有方法相比，该方法避免了冗余的硬件设计，降低了机器人的重量和复杂性，提高了能量利用效率。

关键设计：腿部结构的具体设计包括：1）采用轻量化高强度材料，降低腿部重量；2）优化关节布局和电机选型，提高腿部运动的灵活性和力量；3）设计可调节的腿部姿态，实现不同的运动模式。推力矢量系统的设计包括：1）采用高效的电机和螺旋桨，提供足够的升力；2）设计可调节的推力方向，实现姿态控制；3）优化控制算法，提高飞行稳定性。

📊 实验亮点

论文展示了Husky v.2机器人的动态四足腿式运动和悬停能力。实验结果表明，该机器人能够实现稳定的四足行走，并能够平稳地切换到悬停模式。虽然论文中没有给出具体的性能数据，但初步结果验证了结构重用方案的可行性，为多模态机器人的设计提供了新的思路。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于搜救、侦察、巡检等领域。例如，在灾难现场，机器人可以利用腿式运动越过障碍物，然后切换到飞行模式进行空中侦察。在电力巡检中，机器人可以利用腿式运动在地面巡逻，然后切换到飞行模式检查高压线路。未来，该技术有望应用于更广泛的机器人领域，实现更高效、更灵活的多模态运动。

📄 摘要（原文）

Multi-modal ground-aerial robots have been extensively studied, with a significant challenge lying in the integration of conflicting requirements across different modes of operation. The Husky robot family, developed at Northeastern University, and specifically the Husky v.2 discussed in this study, addresses this challenge by incorporating posture manipulation and thrust vectoring into multi-modal locomotion through structure repurposing. This quadrupedal robot features leg structures that can be repurposed for dynamic legged locomotion and flight. In this paper, we present the hardware design of the robot and report primary results on dynamic quadrupedal legged locomotion and hovering.