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2020(首屆)中國數字物流云展會
工業機器人

多種步態運動的軟體機器人

  2020年04月10日  

背景介紹

  ■ 剛性機器人存在許多局限性

  ■ 剛性機器人笨重且昂貴

  ■ 軟體機器人可以通過簡單的設計和控制產生復雜的運動方式,并且能夠 很好的適應不同的應用環境

  ■ 目前階段對軟體機器人的研究較少,軟體機器人有很大的發展潛力

軟體機器人的構成

  制造的軟體機器人由上下兩層構成

  ■ Layer1為Ecoflex(Ecoflex 00-30或Ecoflex 00-50; Smooth-On Inc.)制成的驅動層,它在低應力下具有高度可伸長性

  ■ Layer2為聚二甲基硅氧烷(PDMS)(Sylgard 184, Dow Corning)制成的應變限制層,因為它在壓力增加時產生的應力相對不可擴展

  在Layer1中存在通過軟光刻制造的腔室

  ■ 腔室在氣體壓力作用下膨脹。可伸展頂層和不可伸展底層之間的應變差異導致PN在加壓時彎曲。我們通過其腔室的方向,尺寸和數量調整了PN的彎曲運動

軟體機器人的運動原理

軟體機器人的運動

  軟體機器人的第一種運動步態—蠕動(起伏)

  ■ 通過依次加壓PN來控制機器人運動

  ■ 蠕動涉及三個步驟,從靜止狀態到PN 1的加壓和PN 2, 這個動作使機器人不能向后滑動。PN 3的加壓使其脊柱從表面抬起。PN 4和5的加壓,PN 1和2的順序減壓,然后PN 3用兩個前肢拉動機器人向前

  ■ 此時,后三分之二的機器人與表面摩擦接觸; 此各向異性在前面和后半部之間的摩擦接觸導致向前運動時,我們減壓的PN 4和5。在這個步態中,軟體機器人的速度為13±0.6m/h(約93體長/小時;體長/周期的11%)

  軟體機器人的第一種運動步態

  軟體機器人的第二種運動步態—爬行

  ■ 爬行運動包括五個步驟:第一步加壓PN 3,脊柱離開地面

  ■ 第二步加壓PN 4向前拉動右后肢

  ■ 第三步PN 2的同時加壓和PN 4的減壓然后推進四腳向前

  ■ 第四步在減壓PN 2的同時加壓PN 5將左后肢向前拉

  ■ 第五步PN 1的同時加壓和PN 5的減壓再次推動了機器人的身體前進

  ■ 這種步態推動機器人的運動速度為24±3m/h(192體長/ 小時;體長/周期的12%)

  軟體機器人的第二種運動步態

軟體機器人越障實驗

  障礙類型

  ■ 使用厚度為0.9cm的軟體機器人通過高度為為2cm的地面與玻璃板之間的縫隙

  運動方式

  ■ 使用簡化的爬行運動,我們將機器人驅動到障礙物附近,變換到蠕動的運動類型。并按照蠕動的加壓方式控制軟體機器人運動,待機器人通過障礙后再恢復到爬行運動

  ■ 我們將機器人在間隙下驅動超過15次,大多數嘗試需要不到60秒就能完成越障

軟體機器人的越障過程

結果與討論

  ■ 文章研發了一種具有多種運動方式的軟體機器人,其主要的運動原理是通過伸展層中腔室的氣壓變化導致伸展層發生形變。并在抗拉伸層的共同作用下使軟體機器人運動

  ■ 并研究蠕動、爬行兩種運動方式,給出了在兩種運動中軟體機器人的腔室加壓

  方式及機器人運動速度

  ■ 最后通過越障實驗證明了該軟體機器人在運動方式上的優越性

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