增强磁力致动软连续体机器人的运动性能
机器人学
2025-12-01 v2
摘要
软连续体机器人通过弹性平衡实现复杂变形，其可达运动由结构设计和驱动引起的力学共同决定。本工作开发了一种通用公式，将平衡计算与运动性能整合，通过评估内部/外部加载形成的平衡流形上的黎曼雅可比谱来实现。所得框架产生一个全局性能函数，直接将结构参数、驱动输入与诱导的配置空间几何联系起来。我们将这个通用框架应用于磁力驱动。在弱均匀场下，可获得解析表征，揭示嵌入磁铁的最佳位置和取向及其不变尺度特性。为处理非线性变形和空间变化场，开发了一个两级优化算法，在能量基于的平衡搜索和梯度基于的结构更新之间交替进行。仿真和物理实验在均匀场、偶极场和多磁铁配置下均表明，结构倾向于一致：对齐矩通过构造扭矩放大偏好选择 distal 或中 distal 解决方案，而相互抵消的矩由于固有的消除区将最优设计压缩向近端区域。
引用
@article{arxiv.2507.10950,
title = {Enhancing Kinematic Performances of Soft Continuum Robots for Magnetic Actuation},
author = {Zhiwei Wu and Jiahao Luo and Siyi Wei and Jinhui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.10950},
year = {2025}
}