基于外部定向软体可生长机器人用于管道和隧道中的三维转向与定位
机器人学
2025-07-11 v1
摘要
隧道和管道等封闭环境中的导航与检查是现有机器人面临的重大挑战，主要由于maneuverability和适应不同几何形态的局限性。藤蔓机器人是一类通过软质材料反向出入于尖端以延长长度的软体可生长连续体机器人，因其能够导航狭窄空间、适应复杂路径以及最小化摩擦而具有独特优势。然而，现有的藤蔓机器人设计在处理由分支和锐利的三维转弯组成的人造和自然通道时仍存在困难。本文介绍一种专为管道和隧道环境设计的可定向藤蔓机器人。该机器人具备简单圆管形身体和外部尖端支架，通过改变生长方向以及必要时对管道或隧道壁进行支撑，实现对藤蔓机器人在三自由度的定向控制。我们的方法实现了：(1)在三维空间中实现主动分支选择，最大可定向角为51.7{\deg}；(2)直径可小至2.5 cm的管道网络导航；(3)一种顺从尖端，使其能够导航锐利的拐弯；以及(4)利用尖端安装的传感器和连续体体态里程计实现GPS不可用的环境中的实时三维定位。我们描述了正向运动学，表征了可定向性，并在三个维管道系统以及自然动物隧道中展示了该系统。
引用
@article{arxiv.2507.07225,
title = {3D Steering and Localization in Pipes and Burrows using an Externally Steered Soft Growing Robot},
author = {Yimeng Qin and Jared Grinberg and William Heap and Allison M. Okamura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.07225},
year = {2025}
}