颗粒介质中关节式软体机器人运动建模

与刚性机器人相比，软体机器人具有无限的自由度，这些自由度与其和环境的相互作用相耦合。我们考虑一种在无缆状态下于颗粒介质中运动的机器人，其由多个柔性鞭毛组成，由电机绕轴旋转。颗粒的阻力使鞭毛变形，变形形状产生净向前推进力。此外阻力依赖于鞭毛形状，而鞭毛形状的变化是外载荷与弹性力竞争的结果。我们引入一种数值工具，将基于离散微分几何的弹性杆（我们的鞭毛模型）仿真与基于阻力理论的阻力模型相耦合。在仿真的同时，我们开展实验以量化该类机器人的推进速度。我们发现实验与仿真间具有合理的定量一致。由于机器人采用基于杆的运动学表示，仿真快于实时，因此可用作该类软体机器人的设计工具。我们发现存在一个实现最高效率的最优转速。此外，实验与仿真均表明增加鞭毛数量会降低机器人速度。我们也获得对颗粒介质力学的认识——虽然阻力理论能成功描述少鞭毛时的推进，但在机器人增加更多鞭毛时失效。