模块化机器人无线控制的计算设计与制造
机器人学
2025-09-03 v2
摘要
自然生物通过肌肉骨骼系统实现分布式驱动，以适应不同地形或变形身体完成多样化任务。机器人学中长久以来的挑战是模拟这种自然生物的能力，这推动了众多柔性机器人系统的发展。然而，这些系统通常针对单一功能进行优化，缺乏按需变形或变能的能力，或依赖笨重的控制系统。为此，我们提出了一种用于设计和控制利用分布式驱动的机器人的框架。我们提出了一种新型构件，将3D打印骨骼与液晶弹性体(LCE)肌肉集成为轻型驱动器，从而实现肌肉骨骼机器人的模块化组装。我们开发的LCE棒材在接触红外辐射后收缩，实现对分布式骨骼网络的局部、无线控制，从而产生机器人整体变形。为充分利用广阔的设计空间，我们引入两项计算工具：一种用于优化机器人骨骼图谱以实现多目标变形，另一种用于联合优化骨骼设计和控制步态以实现预期运动。我们通过构建多个机器人来验证框架，演示了复杂的形状变形、多样化的控制方案以及环境适应性。我们的系统整合了模块化材料构建、无线分布式控制和计算设计的进展，引入了一代接近生物体能力的机器人。
引用
@article{arxiv.2508.05410,
title = {Computational Design and Fabrication of Modular Robots with Untethered Control},
author = {Manas Bhargava and Takefumi Hiraki and Malina Strugaru and Yuhan Zhang and Michal Piovarci and Chiara Daraio and Daisuke Iwai and Bernd Bickel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.05410},
year = {2025}
}