3D-printed Caterpillar Robot driven by SMAs
[IEEE RA Letters, ICRA '19]
Notion: This webpage contains p5js simulation, which may consume your note pc's battery a lot.
注意：本ウェブページは，p5jsによって書かれたシミュレーションを掲載しています．表示し続けるとノートパソコンのバッテリーを消耗するかもしれません．ご注意ください．Let's also use compression deformation
Multimodal deformations of soft materials such as compression and bending are inevitable on soft-bodied animals (e.g., worms) and soft-bodied robots. However, such deformation modes are separately analyzed or design when one design a soft-bodied robot to decrease the degrees of freedom when one design motion of the soft-bodied robots. We proposes to use multiple deformation modes and presents a highly deformable crawling robot that employs both compression and bending deformations simultaneously during the locomotion. This locomotion gait is inspired by the motion analysis experiment of a biological caterpillar, i.e., crawling gait of a silkworm Bombyx mori. Based on the biological experiment, we propose a compressive/bendable beam and develop a crawling robot using the proposed beam.
The experimental results of the simulation and the prototype demonstrate that the combination of the multiple deformation modes can contribute to the locomotion speed increase. This also indicates that we can design an enormous variety of locomotion gaits by combining multiple deformation modes, which may increase the adaptability of soft-bodied robots for use in our living and natural environments. These results shed new light on how to design behavioral diversity of soft-bodied robots.
柔らかいロボットにもっと自由度を！
今までの柔軟なロボットのほとんどは，曲げななら曲げだけ，伸び縮みなら伸び縮みのみというように，1つの変形モードしか使ってきませんでした．しかし柔らかい素材は，程度の差こそあれ，さまざまな変形モードを混在させて変形します．生き物は（特に柔軟素材だけで構成されたイモムシのような生き物は）これを使っているはずです．カイコ蛾の幼虫が這う歩行を観察すると，曲げ変形のみならず圧縮変形を使って移動運動を生成していることが確認できました．では，それぞれの硬さは振る舞いにどのように寄与しているのでしょう？
そこで我々は生物学的実験に基づいて，今までのロボットを作り直しました．圧縮/曲げ可能な梁を開発し，この梁を使用してイモムシロボットを動かしてみます．まず，シミュレーションを行うと（下の画面），体軸方向が柔らかいほうが，進むスピードが早くなることを突き止めました[ICRA 2019, RA Letter]．さらに，これを元に作ったのが上記ムービーのロボット実機です．このようなさまざまな変形モードを使うと，今までよりも多様で適応的な振る舞いを生み出すことができるのではないかと我々は考えています．
Simulation when changing actuation frequency
体軸方向のバネが硬いときのシミュレーション
The movement speed is slow because the spring in the body axial direction hardly deforms.
体軸方向のバネがほとんど変形しないために，移動スピードは遅くなる．
Simulation when compression stiffness is low
体軸方向のバネが柔らかいときのシミュレーション
The robot model can perform faster by storing and releasing elastic energy in the spring in the axial direction,
体軸方向のバネに弾性エネルギを蓄積・開放することで，よりスピードの早い移動運動を行うことができる．
Simulation when compression stiffness is high
体軸方向のバネが硬いときのシミュレーション
The movement speed is slow because the spring in the body axial direction hardly deforms.
体軸方向のバネがほとんど変形しないために，移動スピードは遅くなる．