Celestial bodies such as the Moon and Mars are mainly covered by loose, granular soil, a notoriously challenging terrain to traverse with (wheeled) robotic systems. Here, we present experimental work on traversing steep, granular slopes with the dynamically walking quadrupedal robot SpaceBok. To adapt to the challenging environment, we developed passive-adaptive planar feet and optimized grouser pads to reduce sinkage and increase traction on planar and inclined granular soil. Single-foot experiments revealed that a large surface area of 110cm2 per foot reduces sinkage to an acceptable level even on highly collapsible soil (ES-1). Implementing several 12mm grouser blades increases traction by 22% to 66% on granular media compared to grouser-less designs. Together with a terrain-adapting walking controller, we validate - for the first time - static and dynamic locomotion on Mars analog slopes of up to 25{\deg}(the maximum of the testbed). We evaluated the performance between point- and planar feet and static and dynamic gaits regarding stability (safety), velocity, and energy consumption. We show that dynamic gaits are energetically more efficient than static gaits but are riskier on steep slopes. Our tests also revealed that planar feet's energy consumption drastically increases when the slope inclination approaches the soil's angle of internal friction due to shearing. Point feet are less affected by slippage due to their excessive sinkage, but in turn, are prone to instabilities and tripping. We present and discuss safe and energy-efficient global path-planning strategies for accessing steep topography on Mars based on our findings.


翻译:月球和火星等天体主要被松散、 颗粒土壤覆盖, 一个臭名昭著、 充满挑战的地形以( 轮式) 机器人系统( 轮式) 绕行。 在这里, 我们展示了在陡峭的、 颗粒斜坡上进行实验的工作, 以及动态行走的四重机器人 SpaceBok。 为了适应具有挑战性的环境, 我们开发了被动适应性平板脚, 优化了农夫垫, 以减少沉降, 增加平面和倾斜颗粒土壤的牵引力。 单脚实验显示, 巨大的地表面积面积为110厘米, 使脚部下降到可接受的水平。 我们评估了点脚和平面之间的性滑度, 即使在高度折叠的土壤( ES-1 ), 在颗粒的媒体上, 使牵引力上升至66% 。 与无压力的土壤相比, 我们的平面和下坡的能源温度测试, 也显示我们 的高度平流 。

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