LIMBERO: A Limbed Climbing Exploration Robot Toward Traveling on Rocky Cliffs
作者: Kentaro Uno, Masazumi Imai, Kazuki Takada, Teruhiro Kataonami, Yudai Matsuura, Antonin Ringeval-Meusnier, Keita Nagaoka, Mikio Eguchi, Ryo Nishibe, Kazuya Yoshida
分类: cs.RO
发布日期: 2026-03-17
备注: Author's version of a manuscript accepted at the 2026 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). (c) IEEE
💡 一句话要点
LIMBERO：一种用于在岩石峭壁上行进的四足攀爬机器人
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 四足机器人 攀爬机器人 腿式机器人 抓取器设计 地形探索 机器人运动 可抓取性分析
📋 核心要点
- 轮式机器人在崎岖地形受限，腿式机器人是替代方案，但现有腿式机器人难以在陡峭表面稳定攀爬。
- LIMBERO采用新型脊柱型抓取器，通过耦合手指闭合和脊柱钩住运动，实现轻量化和高抓取力。
- LIMBERO集成了可抓取性可视化算法，并在1G重力下成功攀登陡峭岩石表面，性能优于同等规模机器人。
📝 摘要（中文）
在月球和行星探索中，腿式机器人作为传统轮式机器人的替代方案，受到了广泛关注，因为轮式机器人在崎岖不平的地形中难以行进。为了实现在高度不规则和陡峭倾斜的表面上运动，配备了足部抓取器的腿式攀爬机器人已成为一种有前景的解决方案。本文介绍了LIMBERO，一种10公斤级的四足攀爬机器人，它采用脊柱型抓取器，用于在崎岖陡峭的地形上稳定运动和攀爬。我们首先介绍了一种新型抓取器设计，该设计具有耦合的手指闭合和脊柱钩住运动，由单个电机紧密驱动，尽管其轻量化设计（525克），但实现了卓越的抓取性能（>150牛）。此外，我们开发了一种高效的算法，用于可视化连续粗糙地形上基于几何形状的可抓取性指标。最后，我们将这些组件集成到LIMBERO中，并展示了其在1G重力条件下攀登陡峭岩石表面的能力，这是同等规模的腿式攀爬机器人以前未曾达到的性能。
🔬 方法详解
问题定义：现有轮式机器人在崎岖地形的移动能力有限，而传统的腿式机器人难以在陡峭和不规则的岩石表面上稳定攀爬。因此，需要一种能够在复杂地形下可靠移动的攀爬机器人。现有方法的痛点在于难以同时实现轻量化、高抓取力和对复杂地形的适应性。
核心思路：LIMBERO的核心思路是设计一种新型的脊柱型抓取器，该抓取器能够通过耦合手指闭合和脊柱钩住运动，在保证轻量化的同时提供强大的抓取力。此外，通过开发一种基于几何形状的可抓取性指标可视化算法，使机器人能够更好地适应复杂地形。
技术框架：LIMBERO的整体架构包括以下几个主要模块：1）四足机器人本体；2）新型脊柱型抓取器；3）抓取器控制系统；4）可抓取性评估与可视化算法；5）运动规划与控制系统。机器人通过抓取器与环境进行交互，利用可抓取性评估算法选择合适的抓取点，并通过运动规划与控制系统实现稳定攀爬。
关键创新：该论文最重要的技术创新点在于新型脊柱型抓取器的设计。与传统的抓取器相比，该抓取器采用耦合的手指闭合和脊柱钩住运动，能够更有效地利用地形的几何特征，提供更强的抓取力。此外，轻量化设计也是一个重要的创新点，使得机器人能够在保证性能的同时降低整体重量。
关键设计：抓取器的关键设计包括：1）采用单个电机驱动耦合的手指闭合和脊柱钩住运动，简化了结构并降低了重量；2）优化了脊柱的形状和材料，以提高抓取力和耐用性；3）开发了一种基于几何形状的可抓取性指标，用于评估不同抓取点的质量。此外，运动规划与控制系统也需要针对攀爬任务进行优化，以保证机器人的稳定性和安全性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，LIMBERO的脊柱型抓取器能够实现超过150牛的抓取力，同时重量仅为525克。在1G重力条件下，LIMBERO成功攀登了陡峭的岩石表面，验证了其在复杂地形下的运动能力。该性能优于目前同等规模的腿式攀爬机器人，展示了LIMBERO在实际应用中的潜力。
🎯 应用场景
LIMBERO的研究成果可应用于月球和行星探测任务，例如在火星或月球的崎岖地形上进行科学考察和资源勘探。此外，该技术还可用于灾难救援、建筑检测和维护等领域，使机器人能够在人类难以到达的危险环境中执行任务。未来，该技术有望进一步发展，实现更自主、更智能的攀爬机器人。
📄 摘要（原文）
In lunar and planetary exploration, legged robots have attracted significant attention as an alternative to conventional wheeled robots, which struggle to traverse rough and uneven terrain. To enable locomotion over highly irregular and steeply inclined surfaces, limbed climbing robots equipped with grippers on their feet have emerged as a promising solution. In this paper, we present LIMBERO, a 10 kg-class quadrupedal climbing robot that employs spine-type grippers for stable locomotion and climbing on rugged and steep terrain. We first introduce a novel gripper design featuring coupled finger-closing and spine-hooking motions, tightly actuated by a single motor, which achieves exceptional grasping performance (>150 N) despite its lightweight design (525 g). Furthermore, we develop an efficient algorithm to visualize a geometry-based graspability index on continuous rough terrain. Finally, we integrate these components into LIMBERO and demonstrate its ability to ascend steep rocky surfaces under a 1 G gravity condition, a performance not previously achieved yet for limbed climbing robots of this scale.