Development and research of the model of a wheel-legged robot

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The development of robots capable of moving in both walking and wheeled modes and distinguishing with a simple design from the already developed robots is a relevant task for some recent years. In order for such a robot to have scientific and commercial success, it is necessary for it to be as structurally complex, smooth, reliable and inexpensive as its wheeled equivalent and, in addition, to be able to move stably and quickly over terrain that is impassable for wheeled robots. The robot dynamics is modeled with the Universal Mechanism and the MATLAB/Simulink software packages. The results of virtual tests of the robot in main motion modes (straight-line motion, turning, step climbing) are given in the paper.

AIM: Increasing the mobility of a wheel-legged robot, equipped with the pseudo-walking propulsion system, using reasonable control laws.

METHODS: In order to evaluate ride performance of the studied robot, methods of numerical simulation of its motion based on the multibody dynamics software packages are used.

RESULTS: The maximal velocity of stable straight-line motion, the turning velocity and the height of the largest climbed step were obtained for the robot with given power of engines.

CONCLUSION: The model of the new mobile robot equipped with the simple-designed propulsion system has been developed. This model demonstrated high cross-country abilities and other mobility indicators according to the results of virtual tests.

About the authors

Aleksey S. Dyakov

Bauman Moscow State Technical University

Email: diakov57@list.ru
ORCID iD: 0009-0005-7787-2354
SPIN-code: 9437-8400

Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Wheeled Vehicles Department

Russian Federation, Moscow

Kirill B. Evseev

Bauman Moscow State Technical University

Email: kb_evseev@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7193-487X
SPIN-code: 7753-2047

Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Wheeled Vehicles Department

Russian Federation, Moscow

Dmitry S. Fedorov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: fds16m576@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0006-6141-7864

Student of the Multipurpose Tracked Vehicles and Mobile Robots Department

Russian Federation, Moscow

References

  1. Ignatiev MB, Vladimirov SV, Sapozhnikov VI, et al. Walking robots — problems and prospects. Innovatika i ekspertiza: Nauchnye trudy. 2016;2(17):128–137. (In Russ).
  2. Kotiev GO, Dyakov AS. Methods for developing chassis systems of highly mobile crewless ground vehicles. Izvestiya Yuzhnogo federalnogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2016;1(174):186–197. (In Russ).
  3. Dyakov AS. Scientific methods for developing chassis systems for highly mobile unmanned ground vehicles. Trudy NGTU im RE Alekseeva. 2019;1(124):146–159. (In Russ).
  4. Velimirovic A, Velimiroviс M, Hugel V, et al. A new architecture of robot with “wheels-with-legs” (WWL). Advanced Motion Control. 1998;434–439.
  5. Chen W-H, Lin H-S, Lin Y-M, et al. Turboquad: A novel leg-wheel transformable robot with smooth and fast behavioral transitions. IEEE Transactions on Robotics. 2017;33(5):1025–1040. doi: 10.1109/TRO.2017.2696022
  6. Saranli U, Buehler M, Koditschek DE. RHex: a simple and highly mobile hexapod robot. International Journal of Robotics Research. 2001;20(7):616–631. doi: 10.1177/02783640122067570
  7. Silva M, Tenreiro Machado JT. A Historical Perspective of Legged Robots. Journal of Vibration and Control. 2007;13(9-10):1447–1486. doi: 10.1177/1077546307078276
  8. Universal mechanism 9. User manual [internet] cited: 25.08.2023. Available from: http://www.umlab.ru/pages/index.php?id=3
  9. Lapshin VV. On the stability of motion of walking machines. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im NE Baumana. 2014;06:319–335. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The exterior view of robots: a — the RHex robot; b — the model of a prototype of the studied robot.

Download (305KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structural diagram of the robot’s drive.

Download (182KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Variables defining conditions of robot’s state transition.

Download (136KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Structural diagram of voltage control of two PMSMs.

Download (225KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Structural diagram of braking control of the № 3 and № 4 middle “legs”.

Download (520KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The robot’s motion path: а — without controllers; b — with controllers of stability and direction.

Download (184KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The robot’s velocity control: а — the PMSM voltage, b — the robot’s velocity.

Download (310KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. The robot’s motion path during a 90-degree left turn.

Download (106KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Graphs of simulation results: а — frictional torque between the № 3 and № 4 “legs” and their drive axles controlled by the direction controller; b — required and actual angle of robot’s direction; c — robot’s velocity.

Download (301KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. The highest steps the robot capable of climbing.

Download (196KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Climbing the 1,2h step: а — the robot puts the № 2 “leg” on the step; b — the № 3 and № 4 “legs” are stopped not to interfere approach to the step; c — the robot puts the № 5 “leg” on the step, the climbing ends with push of rear “legs” away from the step’s edge; d — the robot finishes the climbing.

Download (264KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Climbing the 1,6h step by a robot with the changed layout: а — the start of the climbing; b — the changed body shape allows the robot to get closer to the step as much as possible; c — the robot finishes the climbing.

Download (166KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».