模仿类动物的机器人脚改善了在柔软湿的地面上运动的速度

科学领域:

• 生物力学和机器人技术
• 动物运动和生物灵感.

背景情况:

• 由于能量消耗和阻力,在柔软的,富饶的地面上进行机动是能源昂贵的.
• 湿地如泥土带来了重大挑战,增加了步行者的能源消耗和沉没.
• 像鹿这样的平脚类动物居住在这些困难的环境中,这表明它们适应了高效的运动.

研究的目的:

• 为了研究在潮湿,收成地形上移动的鹿中分裂的生物机械优势.
• 开发和测试生物灵感的人工脚,模仿分裂的特征,以改善机器人运动.
• 为了评估这些人造脚在泥条件下的四足机器人上的性能.

主要方法:

• 在测试平台上对鹿腿和分的行为进行分析,以测量力和沉降.
• 设计和制造带有分裂足灵感突起的人工脚.
• 在包括泥在内的各种条件下测试人工脚,以量化沉没,吸入和能源成本.
• 在四足机器人上安装人工脚,以评估泥中的性能,测量运输和速度的机械成本.

主要成果:

• 发现鹿的分在挤出过程中减少了吸力,但并没有明确减少沉没.
• 生物灵感的人造脚表现出异构的行为,降低了沉水深度高达46.3%,吸力降低了47.6%.
• 人工脚使踩在泥土上的能源成本降低了高达70.4%,并提高了四足机器人的性能,机械运输成本降低了38.7%,速度增加了55.0%.

结论:

• 灵感来自分裂的设计为在潮湿,收成地形上行驶提供了显著的优势.
• 根据这些生物灵感原则重新设计机器人脚可以在自然地形上提高多功能性和效率,而不会影响在硬地面上的性能.
• 了解动物运动物理可以导致开发更有能力的机器人,以在具有挑战性的环境中导航.