Theoretical Modeling and Bio-inspired Trajectory Optimization of A Multiple-locomotion Origami Robot

要約

移動ロボットに関する最近の研究は、柔らかい材料と構造を使用して、予測不可能で構造化されていない環境への適応性を高めることに焦点を当てています。
ただし、主要な設計パラメータの決定とこれらの準拠ロボットの制御は、主に実験によって反復され、確固たる理論的基盤が不足しています。
それらの効率を改善するために、この論文は、匍匐運動と水泳という 2 つの移動運動に関する数学的モデリングを提供することを目的としています。
具体的には、さまざまな動作段階での変位に対する接触表面の摩擦係数の影響を明らかにするために、動的モデルが最初に考案されます。
さらに、座標変換を使用して水泳運動学モデルが提供され、これに基づいて、最大推力が得られる人間のような水泳歩行を体系的に計画するアルゴリズムをさらに開発します。
提案されたアルゴリズムは汎用性が高く、複数の関節を持つ他のソフトロボットにも適用できる可能性があります。
提案されたモデリングの有効性を示すために、シミュレーション実験が実施されました。

要約(オリジナル)

Recent research on mobile robots has focused on increasing their adaptability to unpredictable and unstructured environments using soft materials and structures. However, the determination of key design parameters and control over these compliant robots are predominantly iterated through experiments, lacking a solid theoretical foundation. To improve their efficiency, this paper aims to provide mathematics modeling over two locomotion, crawling and swimming. Specifically, a dynamic model is first devised to reveal the influence of the contact surfaces’ frictional coefficients on displacements in different motion phases. Besides, a swimming kinematics model is provided using coordinate transformation, based on which, we further develop an algorithm that systematically plans human-like swimming gaits, with maximum thrust obtained. The proposed algorithm is highly generalizable and has the potential to be applied in other soft robots with multiple joints. Simulation experiments have been conducted to illustrate the effectiveness of the proposed modeling.

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