超 Yoshimura 折叠结构：对经典折叠图案的微小调整如何释放其/meta稳定性以服务可部署机器人
机器人学
2025-08-25 v2 系统与控制
系统与控制
摘要
受折纸启发的可部署结构为各种机器人和建筑应用提供了轻量、紧凑且可重新配置的解决方案。然而，创建一种能够有效平衡高包装效率、简单部署以及精确变形至多负载配置的集成结构系统，仍然是一个重大的挑战。本研究引入了一种新的超 Yoshimura 折纸类，表现出广泛的运动学可行且局部分离稳定状态，包括新发现的对称"自包装"和非对称"弹出"状态。通过破坏已有数十年间保持不变的 Yoshimura 折纸设计规则，实现了这种分离稳定性。为此，本研究推导出一套严谨的数学设计规则和几何公式。基于此，发展了前向和逆向运动学策略，用于将超 Yoshimura 模块堆叠成可部署的伸缩臂，以逼近复杂的三维形状。最后，本研究展示了超 Yoshimura 的潜力：在大学公交站点部署的米级弹出手机充电站，以及可打印的太空臂模型原型，可作为物体操控器、太阳能跟踪器或高负载结构使用。这些结果表明，超 Yoshimura 作为 terrestrial 和太空环境中可部署且可适应的机器人系统平台，前景十分广阔。
引用
@article{arxiv.2505.09919,
title = {Hyper Yoshimura: How a slight tweak on a classical folding pattern unleashes meta-stability for deployable robots},
author = {Ziyang Zhou and Yogesh Phalak and Vishrut Deshpande and Ethan O'Brien and Ian Walker and Suyi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.09919},
year = {2025}
}