背景介紹

■ 剛性機(jī)器人存在許多局限性

■ 剛性機(jī)器人笨重且昂貴

■ 軟體機(jī)器人可以通過簡單的設(shè)計和控制產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動方式，并且能夠  很好的適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境

■ 目前階段對軟體機(jī)器人的研究較少，軟體機(jī)器人有很大的發(fā)展?jié)摿?/p>

軟體機(jī)器人的構(gòu)成

制造的軟體機(jī)器人由上下兩層構(gòu)成

■ Layer1為Ecoflex（Ecoflex 00-30或Ecoflex 00-50; Smooth-On Inc.）制成的驅(qū)動層，它在低應(yīng)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(yīng)變限制層，因為它在壓力增加時產(chǎn)生的應(yīng)力相對不可擴(kuò)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(yīng)變差異導(dǎo)致PN在加壓時彎曲。我們通過其腔室的方向，尺寸和數(shù)量調(diào)整了PN的彎曲運(yùn)動

軟體機(jī)器人的運(yùn)動原理

軟體機(jī)器人的運(yùn)動

軟體機(jī)器人的第一種運(yùn)動步態(tài)—蠕動（起伏）

■ 通過依次加壓PN來控制機(jī)器人運(yùn)動

■ 蠕動涉及三個步驟，從靜止?fàn)顟B(tài)到PN 1的加壓和PN 2， 這個動作使機(jī)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(jī)器人向前

■ 此時，后三分之二的機(jī)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(dǎo)致向前運(yùn)動時，我們減壓的PN 4和5。在這個步態(tài)中，軟體機(jī)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(jī)器人的第一種運(yùn)動步態(tài) 

軟體機(jī)器人的第二種運(yùn)動步態(tài)—爬行

■ 爬行運(yùn)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(jìn)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(jī)器人的身體前進(jìn)

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

軟體機(jī)器人的第二種運(yùn)動步態(tài) 

軟體機(jī)器人越障實驗

障礙類型

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

運(yùn)動方式

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

■ 我們將機(jī)器人在間隙下驅(qū)動超過15次，大多數(shù)嘗試需要不到60秒就能完成越障

軟體機(jī)器人的越障過程

結(jié)果與討論

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

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

方式及機(jī)器人運(yùn)動速度

■ 最后通過越障實驗證明了該軟體機(jī)器人在運(yùn)動方式上的優(yōu)越性