Modeling and trajectory planning of four-legged robot with rotating feet for power switching

CHEN Mingfang; HU Xinkun; ZHANG Yongxia; CHENG Zhiyu; XU Liang; FANG Qi

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250083

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Modeling and trajectory planning of four-legged robot with rotating feet for power switching

Column of vision perception and control of robot(Contributing editor:YUAN Xiaofang ) | 更新时间：2026-01-19

- Modeling and trajectory planning of four-legged robot with rotating feet for power switching
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 65, Issue 1, Pages: 33-42(2026)
- 作者机构：
  
  1.昆明理工大学机电工程学院，云南昆明 650500
  2.华工科技产业股份有限公司孝感华工高理电子有限公司，湖北孝感 432000
  3.中检质技检验检测科学研究院有限公司，浙江杭州 310022
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250083
  CLC： TP242.2
- Received：14 May 2025，
  
  Revised：2025-05-28，
  
  Accepted：29 May 2025，
  
  Online First：07 July 2025，
  
  Published：25 January 2026
- 稿件说明：
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陈明方,胡新坤,张永霞等.轮足式动力切换四足机器人建模及其足端轨迹规划[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(01):33-42.

CHEN Mingfang,HU Xinkun,ZHANG Yongxia,et al.Modeling and trajectory planning of four-legged robot with rotating feet for power switching[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(01):33-42.
陈明方,胡新坤,张永霞等.轮足式动力切换四足机器人建模及其足端轨迹规划[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(01):33-42. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250083.

CHEN Mingfang,HU Xinkun,ZHANG Yongxia,et al.Modeling and trajectory planning of four-legged robot with rotating feet for power switching[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(01):33-42. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250083.

摘要

基于行星系齿轮，设计了一种适应能力强、动力可切换型轮足机器人腿部结构。引入优化后的修正摆线轨迹规划与轮足切换足端轨迹规划，在不同方向上的位置、速度和加速度曲线均连续、平滑、无突变，满足机器人控制要求。基于虚拟模型控制方法，通过WEBOTS平台仿真与单腿实物样机实验，得出摆线轨迹偏差集中于摆动相终点位置和抬腿最高点处，分别为20和5 mm；机构重复定位最大偏差为4 mm，仅为其足端零部件半径（18 mm）的22.2%；轮足切换足端轨迹在

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2.11666679

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方向的平均误差约为2.4 mm，在

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2.03200006

2.28600001

方向的平均误差为1.26 mm，可完成姿态切换任务。研究成果为轮足式复合机器人设计提供了较好的指导。

Abstract

This paper designs a leg structure of a wheel-legged robot with strong adaptability and power switching capability based on planetary gear systems. The optimized modified cycloidal trajectory planning and wheel-legged switching foot-end trajectory plann

ing are introduced. The position， speed and acceleration curves in different directions are continuous， smooth and without sudden changes， meeting the control requirements of the robot. Based on the virtual model control method， through WEBOTS platform simulation and single-leg physical prototype experiments， it is found that the deviation of the swing trajectory is concentrated at the end position of the swing phase and the highest point of the lifting leg， respectively， about 20 mm and 5 mm； the maximum deviation of the repeated positioning of the mechanism is 4 mm， which is only about 22.2% of the radius of the foot-end components （18 mm）； the average error of the wheel-legged switching foot-end trajectory in the

direction is approximately 2.4 mm， and of 1.26 mm in the

direction， which can complete the posture switching task. The above conclusions provides better guidance for the design of wheel-legged composite robots.

关键词

Keywords

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