模块化磁性小型机器人用于多模态 locomotion 与形状重构的设计与控制

模块化小型机器人提供了按需装配与拆卸的潜力，使其能够在动态和受限环境中实现任务特定的适应。然而，现有的模块化磁性平台常常依赖工作空间碰撞进行重构，采用笨重的三维电磁系统，且缺乏可靠的单模块控制，这限制了其在医学环境中的应用。在本工作中，我们提出了由三模块组成的模块化磁性小型机器人平台，每个模块嵌入永久磁铁，设计用于不同功能角色：一个支持自组装和重构的自由模块、一个实现翻转步态 locomotion 的固定模块，以及一个用于货物操作的夹取模块。通过可编程的二维均匀场和梯度场输入组合实现 locomotion 与重构。实验表明，系统使用实时视觉反馈和 A* 路径规划实现了闭环导航，建立了稳健的单模块控制能力。除了 locomotion 之外，系统实现了自组装、多模态转换和拆卸，且在较低场强下即可实现。链到夹取转换在 90% 的试验中成功，链到正方形转换较不一致，这凸显了模块几何在重构可靠性中的作用。这些结果建立了一个具备多模态行为和稳健控制能力的通用模块化机器人平台，为受限环境中可扩展和自适应任务执行的可行路径指明了方向。