软体机器人靠“记忆效应”变形运动
作者: aeks | 发布时间: 2025-10-16 20:04 | 更新时间: 2025-10-16 20:04
学科分类: 控制科学与工程 机械工程 生物医学工程 计算机科学与技术
在机器人领域，进入人类无法触及的受限空间一直是一项标志性挑战。传统的连续体机器人大多遵循“致动器越多灵活性越高”的设计范式，导致结构笨重、成本高昂且控制困难。为此，本研究提出了一种滞后辅助形变（HasMorph）范式，并将其与尖端外翻柔性生长机器人相结合。
与传统避免滞后现象的方法不同，HasMorph有意利用摩擦诱导的形状滞后（即机器人在加载和卸载过程中形状的差异），通过反向zigzag腱鞘机构，仅用两个顺序控制的致动器就能实现多种可逆形状变化。该机构中，腱从机器人基部经引导鞘到达尖端，再通过一系列附着在内壁的弯曲鞘段折返至基部，形成反向锯齿状路径。这种设计使得牵拉腱（加载）或释放腱（卸载）时，机器人会从尖端到基部逐段依次弯曲或伸直，从而产生形状滞后。
将该范式与机器人尖端生长功能结合后，机器人能够实现复杂且可逆的形态变化，并进行无摩擦的“跟导”导航。力学和运动学模型揭示了摩擦和输入序列如何控制形状演变并扩展机器人的配置空间。实验验证了该机器人在非结构化环境中具备灵活的形变能力和稳健的导航性能。
HasMorph范式能够以最少的致动实现超冗余柔体的直接、精细驱动，为柔性机器人设计提供了一种可扩展的方法。这一范式为微创手术工具和复杂受限空间中的自适应检测系统开辟了新的发展方向。