A distinctive feature of quadrupeds that is integral to their locomotion is the tail. Tails serve many purposes in biological systems including propulsion, counterbalance, and stabilization while walking, running, climbing, or jumping. Similarly, tails in legged robots may augment the stability and maneuverability of legged robots by providing an additional point of contact with the ground. However, in the field of terrestrial bio-inspired legged robotics, the tail is often ignored because of the difficulties in design and control. This study will test the hypothesis that a variable stiffness robotic tail can improve the performance of a sprawling quadruped robot by enhancing its stability and maneuverability in various environments. To test our hypothesis, we add a multi-segment, cable-driven, flexible tail, whose stiffness is controlled by a single servo motor in conjunction with a reel and cable system, to the underactuated sprawling quadruped robot. By controlling the stiffness of the tail, we have shown that the stability of locomotion on rough terrain and the climbing ability of the robot are improved compared to the movement with a rigid tail and no tail. The flexible tail design also provides passively controlled tail undulation capabilities through the robot's lateral movement, which contributes to stability.


翻译:四足动物的尾巴是其运动的一个独特特征。尾巴在生物系统中具有许多作用,包括推进、平衡和行走、奔跑、攀爬或跳跃时的稳定。同样,机械腿四足机器人中的尾巴通过提供与地面的额外接触点来增加其稳定性和机动性。然而,在陆地生物启发式机械腿机器人领域,尾巴通常被忽略,因为其设计和控制非常困难。本研究测试了一个假设,即一个可变刚度的机器人尾部可以通过增强机器人在各种环境下的稳定性和机动性来改善四足蔓延式机器人的性能。为了测试我们的假设,我们在欠驱动蔓延式四足机器人上添加了一个多段、电缆驱动、柔性尾巴,其刚度通过单个伺服电机和卷轴和电缆系统来控制。通过控制尾巴的刚度,我们已经证明,在崎岖不平的地形和攀爬能力方面,与刚性尾巴和无尾巴的移动相比,机器人的稳定性得到了提高。柔性尾巴设计还通过机器人的横向运动提供被动控制的尾巴波动能力,从而有助于稳定性。

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