X2-N: A Transformable Wheel-legged Humanoid Robot with Dual-mode Locomotion and Manipulation

📄 arXiv: 2604.21541v1 📥 PDF

作者: Yan Ning, Xingzhou Chen, Delong Li, Hao Zhang, Hanfu Gai, Tongyuan Li, Cheng Zhang, Zhihui Peng, Ling Shi

分类: cs.RO

发布日期: 2026-04-23

💡 一句话要点

X2-N：一种可变形轮腿式人形机器人，具备双模态运动和操作能力

🎯 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: 轮腿式机器人 可变形机器人 强化学习 全身控制 双模态运动

📋 核心要点

  1. 传统轮腿式机器人通常采用固定车轮作为足部，髋部自由度有限，导致腿式运动时的稳定性和移动性不如平足人形机器人。
  2. X2-N通过关节重构实现人形和轮腿模式的无缝转换，并提出基于强化学习的全身控制框架，统一控制混合运动、变形和操作。
  3. 实验验证了X2-N在动态滑冰式运动、爬楼梯和包裹递送等任务中的高性能，展示了其运动效率、地形适应性和运动操作稳定性。

📝 摘要（中文）

本文介绍了一种名为X2-N的高自由度可变形机器人，它具备双模态运动和操作能力。X2-N既可以以人形模式运行，也可以以轮腿模式运行，并且可以通过关节重构在两种模式之间无缝转换。此外，本文还提出了一种基于强化学习（RL）的全身控制框架，该框架专为这种形态设计，能够实现混合运动、变形和操作的统一控制。通过一系列具有挑战性的运动和操作任务（包括动态滑冰式运动、爬楼梯和包裹递送）验证了X2-N的性能。结果表明，X2-N具有较高的运动效率、强大的地形适应性和稳定的运动操作性能，突出了其在实际部署中的潜力。

🔬 方法详解

问题定义：现有轮腿式机器人通常采用固定车轮，导致腿式运动能力受限，且缺乏完整上肢，难以执行灵巧操作任务。因此，需要一种能够兼顾轮式运动效率和腿式运动灵活性的机器人，并具备操作能力。

核心思路：X2-N的核心思路是通过可变形的结构设计，使其能够在人形和轮腿模式之间切换，从而结合两种运动方式的优点。同时，采用强化学习方法，实现对机器人全身运动的统一控制，包括运动模式切换、步态规划和操作任务。

技术框架：X2-N的整体控制框架包括感知模块、运动规划模块和底层控制模块。感知模块负责获取环境信息和机器人自身状态；运动规划模块基于强化学习算法，生成机器人的运动轨迹和关节控制指令；底层控制模块则负责执行这些指令，驱动机器人完成相应的动作。其中，强化学习算法是整个框架的核心，用于学习机器人在不同环境下的最优控制策略。

关键创新：X2-N的关键创新在于其可变形的结构设计和基于强化学习的全身控制框架。可变形结构使得机器人能够根据不同的地形和任务需求，灵活切换运动模式；强化学习框架则能够自动学习复杂的运动控制策略，无需人工设计，提高了机器人的适应性和鲁棒性。

关键设计：X2-N的强化学习框架采用Actor-Critic结构，Actor网络负责生成机器人的动作，Critic网络负责评估动作的价值。奖励函数的设计至关重要，需要综合考虑机器人的运动速度、稳定性、能量消耗等因素。此外，为了提高训练效率，采用了经验回放和目标网络等技术。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，X2-N在动态滑冰式运动中表现出较高的速度和稳定性，在爬楼梯任务中能够顺利通过各种高度的台阶，在包裹递送任务中能够准确地将包裹送到指定位置。这些结果验证了X2-N的运动效率、地形适应性和运动操作性能。

🎯 应用场景

X2-N具有广泛的应用前景，例如在复杂地形下的物流配送、灾难救援、工业巡检等领域。其可变形的结构和强大的运动能力使其能够适应各种复杂环境，完成传统机器人难以胜任的任务。未来，通过进一步优化控制算法和硬件设计，X2-N有望成为一种重要的智能机器人平台。

📄 摘要（原文）

Wheel-legged robots combine the efficiency of wheeled locomotion with the versatility of legged systems, enabling rapid traversal over both continuous and discrete terrains. However, conventional designs typically employ fixed wheels as feet and limited degrees of freedom (DoFs) at the hips, resulting in reduced stability and mobility during legged locomotion compared to humanoids with flat feet. In addition, most existing platforms lack a full upper body with arms, which limits their ability to perform dexterous manipulation tasks. In this letter, we present X2-N, a high-DoF transformable robot with dual-mode locomotion and manipulation. X2-N can operate in both humanoid and wheel-legged forms and transform seamlessly between them through joint reconfiguration. We further propose a reinforcement learning (RL)-based whole-body control framework tailored to this morphology, enabling unified control across hybrid locomotion, transformation, and manipulation. We validate X2-N in a range of challenging locomotion and manipulation tasks, including dynamic skating-like motion, stair climbing and package delivery. Results demonstrate high locomotion efficiency, strong terrain adaptability, and stable loco-manipulation performance of X2-N, highlighting its potential for real-world deployment.