地面移动机器人已经在资源勘探和灾难救援等多领域得到广泛应用,轮足复合机器人能够结合轮式运动速度快、平稳性高和足式运动的高越障性能等多方面优势,在理论创新和工程技术方面均有重要的研究价值. 

对近年来国内外轮足复合机器人的机械结构进行分析和比较,将轮足机构复合方式分为4类进行列举和总结. 

针对多模态运动的优势展开分析,列举轮足复合机器人主要采用的运动建模、规划和控制策略,不仅涉及单独的足式运动和轮式运动,同时涉及足端越障、变构型避障、轨迹规划的轮足复合运动. 最后对运动规划关键技术进行总结和展望,指出轮足复合移动机器人后续的发展方向、研究思路和所面临的挑战.

亮点论述：

不同形式多轮足机构构成的轮足复合机器人

　　轮足复合机器人结合轮式运动的高能量利用率和足式运动的灵活, 拓宽了机器人的应用范围和运动性能, 主要的应用范围有军事防御、野外勘探、外星球探测、抢险救援、家用服务和医疗辅助等, 常利用以下4 种轮足机构结合方式设计机械结构:

　　1) 在轮式机器人机身上添加额外的足式机构. 采用这种轮足结合方式的机器人机械设计十分简单, 可以根据地形条件选择恰当的轮足运动模式. 例如Wheeleg(图(a)), 主要缺点是机器人装载两种不同的运动系统使其重量过高.

　　2) 多个轮足机构构成一个更大的轮子, 实现轮足协同运动. 如图(b) 所示, Octopus是具有复杂运动模式的移动机器人, 共有15 个自由度、4 条腿和8 个触觉轮, 每条腿装有两个触觉轮.

　　3) 采用既可作为轮子也可作为腿足的可缩回模块. 如图(c) 所示, Tadakuma采用可缩回轮足模块的机械设计, 提高机器人在复杂震荡环境中的运动可靠性.

　　4) 将轮子装于多关节足式机构连接处(常见于足末端). 该结合方式可以通过不同的方式进行实现, Anymal on Wheels是在串联足式机构末端装有轮子的四轮足机器人, 如图(d) 所示, 通过足式运动跨越障碍, 轮足复合运动在斜坡等地形保持机身平衡.

不同运动方式移动机器人的运动性能

国内外轮足复合机器人机械结构与运动方式列举