Design of CLARI: A miniature modular origami passive shape-morphing robot

要約

小型ロボットは、限られた環境への前例のないアクセスを提供し、捜索救助や高額資産の検査などの新しい用途に有望な可能性を示しています。
体の変形能力により、昆虫や柔らかい節足動物に似た複雑で乱雑な地形におけるこれらの小型ロボットの到達可能性がさらに高まります。
このコンセプトに動機づけられて、我々は、電力と制御のためのテザー電気接続を備えた本体変形が可能な昆虫スケールの 2.59g 四足歩行ロボット CLARI を紹介します。このロボットは、ラミネート加工を使用して製造され、折り紙ポップアップ技術を使用して組み立てられます。
複数の形状構成での移動を可能にするために、モジュール式の作動脚機構で構成される新しい車体構造を設計しました。
全体として、CLARI はカスタム圧電アクチュエーターによって駆動される 8 つの独立して作動する自由度 (モジュール式脚ユニットごとに 2 つ) を備えており、機械的に器用です。
我々は、3 つの異なる固定ボディ形状 (長い、対称、広い) で複数の歩行 (速歩、歩行など) を使用して、複数のストライド周波数 (1 ～ 10 Hz) で開ループ ロボットの移動を特徴付け、ロボットの機能を説明します。
最後に、オープン地形で横方向に拘束された隙間を通って柔軟な本体を使用して移動する CLARI の予備結果を実証します。これは脚式ロボットの新しい機能です。
私たちの結果は、現実世界の環境において、適応性のある準拠ロボットによる効果的な乱雑な地形ナビゲーションの実現に向けた第一歩を表しています。

要約(オリジナル)

Miniature robots provide unprecedented access to confined environments and show promising potential for novel applications such as search-and-rescue and high-value asset inspection. The capability of body deformation further enhances the reachability of these small robots in complex cluttered terrains similar to those of insects and soft arthropods. Motivated by this concept, we present CLARI, an insect-scale 2.59g quadrupedal robot capable of body deformation with tethered electrical connections for power and control and manufactured using laminate fabrication and assembled using origami pop-up techniques. In order to enable locomotion in multiple shape configurations, we designed a novel body architecture comprising of modular, actuated leg mechanisms. Overall, CLARI has eight independently actuated degrees of freedom (two per modular leg unit) driven by custom piezoelectric actuators, making it mechanically dextrous. We characterize open-loop robot locomotion at multiple stride frequencies (1-10Hz) using multiple gaits (trot, walk, etc.) in three different fixed body shapes (long, symmetric, wide) and illustrate the robot’s capabilities. Finally, we demonstrate preliminary results of CLARI locomoting with a compliant body in open terrain and through a laterally constrained gap, a novel capability for legged robots. Our results represent the first step towards achieving effective cluttered terrain navigation with adaptable compliant robots in real-world environments.

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