利用TMP折纸的非线性刚度提升机器人跳跃性能
机器人学
2020-10-28 v1 应用物理
摘要
通过数值模拟与实验评估，本研究考察了利用折纸折叠开发具有定制非线性刚度的机器人跳跃机构以改善动态性能的方法。具体而言，我们使用 Tachi-Miura 多面体（TMP）风箱折纸——其呈现非线性的“应变软化”力-位移曲线——作为具有嵌入式储能的跳跃机器人骨架。TMP 的非线性刚度使其比线性弹簧储存更多能量，并提供更高的跳跃高度和滞空时间。此外，可通过直接改变底层 TMP 折痕几何来定制非线性。一个关键挑战是在跳跃前压缩阶段最小化 TMP 的滞后与能量损失。因此我们采用塑性退火薄片 emergent 折纸（PALEO）概念来修改 TMP 折痕。PALEO 提高了塑性变形发生前的折叠极限，从而改善了整体应变能保持率。跳跃实验证实，与具有相对线性刚度的“对照”TMP 样本相比，非线性 TMP 机构的滞空时间提高了约 9%，跳跃高度提高了 13%。本研究结果验证了在机器人跳跃机构中使用折纸的优势，并展示了利用非线性弹簧元件改善跳跃性能的好处。因此，它们未来可能催生一类具有优化性能的高能效跳跃机构。
引用
@article{arxiv.2010.13942,
title = {Exploiting the Nonlinear Stiffness of TMP Origami Folding to Enhance Robotic Jumping Performance},
author = {Sahand Sadeghi and Samuel Allison and Blake Betsill and Suyi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13942},
year = {2020}
}