真空驱动的负泊松比切换结构及其在夹持器与四足机器人上的应用

负泊松比材料的性质与应用在过去几年中得到了广泛探索。通过对负泊松比结构的恰当利用，可以设计出具有前所未有机械与结构行为的装置。借此优势，我们受一种简单负泊松比单元的启发，提出了新颖且低成本的3D结构开发方案。本文称之为“主体”的核心部分，是2D旋转正方形的3D实现。该主体结构通过在顶点处以较软材料连接四个相似结构而成。此类整体结构通过定制搭建的多材料3D打印机制作。该模型的工作方式为：当沿旋转正方形面施加扭矩时，它们倾向于在较软材料的顶点处弯曲，并且由于设计的连通性，实现了恰当的张开与闭合运动。为展示该部件作为机器人重要组件的潜力，给出了两种应用：软体夹持器与爬行机器人。真空驱动执行器驱动这两种应用。所提出的夹持器将两类夹持器的优点结合于单一设计中，其手指彼此平行且等间距布置。该夹持器可适应物体尺寸，并能抓取横截面大和小的物体。一种由软材料制成、在抽真空时按曲率弯曲的新型弯曲执行器，提供了夹持器的抓取特性。爬行机器人除其多用途特性外，还提供更好的人机交互。所设计的爬行机器人采用负压驱动执行器来实现直线和转向运动。