Vine robots extend their tubular bodies by everting material from the tip, enabling navigation in complex environments with a minimalist soft body. Despite their promise for field applications, especially in the urban search and rescue domain, performance is constrained by the weight of attached sensors or tools, as well as other design and control choices. This work investigates how tip load, pressure, length, diameter, and fabrication method shape vine robot steerability--the ability to maneuver with controlled curvature--for robots that steer with series pouch motor-style pneumatic actuators. We conduct two groups of experiments: (1) studying tip load, chamber pressure, length, and diameter in a robot supporting itself against gravity, and (2) studying fabrication method and ratio of actuator to chamber pressure in a robot supported on the ground. Results show that steerability decreases with increasing tip load, is best at moderate chamber pressure, increases with length, and is largely unaffected by diameter. Robots with actuators attached on their exterior begin curving at low pressure ratios, but curvature saturates at high pressure ratios; those with actuators integrated into the robot body require higher pressure ratios to begin curving but achieve higher curvature overall. We demonstrate that robots optimized with these principles outperform those with ad hoc parameters in a mobility task that involves maximizing upward and horizontal curvatures.


翻译:藤蔓机器人通过从尖端外翻材料来延伸其管状躯体,使其能够以极简的软体结构在复杂环境中导航。尽管其在野外应用(特别是在城市搜救领域)具有前景,但其性能受限于附加传感器或工具的重量,以及其他设计与控制选择。本研究探讨了尖端负载、压力、长度、直径及制造方法如何影响藤蔓机器人的可操纵性——即通过受控曲率进行机动的能力——这些机器人采用串联囊袋式气动执行器进行转向。我们进行了两组实验:(1)研究在机器人抵抗重力自支撑状态下,尖端负载、腔室压力、长度和直径的影响;(2)研究在机器人地面支撑状态下,制造方法及执行器与腔室压力比的影响。结果表明:可操纵性随尖端负载增加而降低,在中等腔室压力下达到最佳,随长度增加而提高,且基本不受直径影响。执行器附着于外部的机器人在低压力比时开始弯曲,但曲率在高压力比时趋于饱和;而执行器集成于机器人本体的机器人需要更高压力比才能开始弯曲,但总体上能实现更高的曲率。我们通过一项涉及最大化向上和水平曲率的机动任务证明,基于这些原理优化的机器人性能优于采用临时参数的机器人。

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机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

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