折纸启发的折叠式柔性关节及步行机器人设计

简介

基于折纸折叠原理启发的新构型的开发与应用日益成为相关领域的研究热点,其中,平面折痕的设计、三维形体的折叠、构型的运动特点、自由度及与之相配合的驱动设计都是需要解决的问题。首先,在经典的Water-Bomb折纸基本单元的基础上设计出具有单自由度的非汇交折叠单元的平面折痕,将基础折痕进行组合设计以及三维折叠设计,得到两种具有一定刚度且可实现折叠运动的立体单元可折叠式移动副、可折叠式转动副。同时,由可折叠式转动副启发设计出一种可与基础非汇交单元相配合的软体驱动,并与两种立体单元进行组合,实现了对立体单元的稳定控制;在实验中发现,软体驱动对立体单元输入角的控制可同时控制立体单元的刚度。将两种立体单元进行串联,设计出能够实现完整跨步行走动作的折纸腿及步行机器人,并实现了机器人的行走仿真实验及跨越阶梯实验,得到折纸腿在跨越阶梯时的最大裕度,验证了两种变刚度单元在行走、跨步过程中的特殊性能。