颗粒介质上腿式运动的阻力模型
生物物理
2019-11-04 v1 软凝聚态物质
流体动力学
定量方法
摘要
与敏捷的腿式动物相比，轮式与履带式车辆在沙、砾石等颗粒表面上常遭遇大幅性能损失。理解颗粒介质上腿式运动的力学有助于开发在颗粒表面具有更高机动性的腿式机器人；然而，目前尚无用于颗粒介质的通用力模型来预测复杂肢体侵入过程中的地面反作用力。受近期沙中游泳研究的启发，我们发展了颗粒介质上腿式运动在垂直平面内的阻力模型。我们将具有复杂形态与运动学特征的侵入体（例如，在均匀颗粒介质（松散堆积的约 1 mm 直径罂粟籽）中旋转的仿生机器人 L 形腿）划分为小段，并利用模型腿段测量作为深度、取向与运动方向函数的应力。对侵入体上各段受力求和，比使用简单一维穿透与拖曳力模型更准确地预测了在颗粒介质中旋转的 L 形腿与反向 L 形腿上的净力。采用该阻力模型的多体动力学仿真预测了使用 L 形腿与反向 L 形腿在颗粒介质上运动的小型腿式机器人（15 cm，150 g）的速度。
引用
@article{arxiv.1911.00079,
title = {A resistive force model of legged locomotion on granular media},
author = {Chen Li and Tingnan Zhang and Daniel I. Goldman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.00079},
year = {2019}
}