论文arXiv 2611.07470今天

四足-五旋翼机器人双闭环腿部运动学建模与单腿实验验证

针对多模态四足-五旋翼机器人，提出3-DOF双四杆闭环腿部运动学模型与奇异性分析。推导关节/任务空间雅可比矩阵以支撑地面步态与空中重构，经MATLAB仿真及单腿台架实验验证了多模态切换运动的可行性。

AI 整理

机型本体
硬件零部件

本文由 AI 根据公开内容整理，可能有误，请以原文为准：Kinematic analysis of a double-closed-loop four-bar chain-based leg for a multimodal quadruped-pentarotor robot（arXiv 2611.07470）

核心内容

本文针对一种具备地面行走与空中飞行能力的多模态四足-五旋翼机器人，完成了其核心执行机构——3自由度双四杆闭环腿部机构的运动学建模与奇异性分析。研究重点解决了该机构在陆空两种模式切换过程中的运动映射问题，并通过MATLAB仿真规划了多种过渡步态，最终在单腿测试台架上完成了物理验证，为整机多模态控制奠定了理论基础。

技术方案上，研究者分别在关节空间和任务空间建立了该闭环腿部的正逆运动学模型，并推导出解析雅可比矩阵，用于量化速度传递特性及识别奇异位形。该矩阵直接服务于地面步态生成与空中姿态重构的联合优化。实验环节通过单腿台架复现了仿真规划的多种步态轨迹，证实了双四杆结构在跨模态运动中的运动连续性与机构刚度满足设计要求。

关键看点

机构构型：采用3-DOF双四杆闭环连杆结构，专为四足-五旋翼机器人的陆空模式平滑切换设计
数学建模：推导关节与任务空间解析雅可比矩阵，支撑地面步态规划及空中重构时的速度映射与奇异性规避
实验验证：基于单腿测试台架物理复现MAT仿真步态，验证了闭环机构在多模态过渡阶段的运动学正确性

工程与产业观察

该研究为变构型具身智能体提供了从理论建模到单腿实测的完整工程范式。双四杆闭环雅可比矩阵的显式表达，解决了异构机器人陆空切换时的运动耦合难题，对后续多模态机器人的全身动力学控制、轨迹优化及硬件选型具有直接参考价值。

英文摘要 (Abstract)

This paper presents the kinematic modeling and singularity analysis of a three-degree-of-freedom, double four-bar closed-loop quadruped leg mechanism. This leg is essential for transitioning between the two operational modes; therefore, it is examined in both joint and task spaces, leading to the development of its Jacobian matrix, which is vital for designing the gaits required for terrestrial mode and mid-air aerial reconfiguration (for aerial mode). Various gaits are devised for the system's motion in the MATLAB simulation, and their practical implementation on the single-leg test rig is demonstrated.

作者：Prashant Raturi, Santhakumar Mohan