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加州大学伯克利分校
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  • 仿生毫系统实验室的目标是利用动物操纵、运动、传感、驱动、力学、动力学和控制策略的特点，从根本上提高毫机器人的能力。实验室的研究范围从机械原理的基本理解到新颖的制造技术，再到自主微型机器人的系统集成。该实验室与生物学家密切合作，开发可以在工程系统和自然系统上测试的功能模型。该实验室目前的研究集中在使用纳米结构粘合剂的全地形爬行和生物启发飞行。
产品组合

  • 走动的机器人

  • 为什么腿机器人?

    与轮式系统相比，腿式系统具有一些关键的性能优势。在有腿的系统中，脚不能连续地与地面接触，而轮子则需要一个连续的支撑路径。这使得有腿的生物和机器人能够穿越具有挑战性的地形。一些有腿的系统(生物的和人造的)可以克服超过系统臀部高度三倍的障碍物，而轮子则被限制在不高于一个半径的障碍物上。最后，也许也是最有趣的是在自然界中看到的有腿生物的动态行为。许多有腿的动物表现出动态、自我稳定的行为。也就是说，系统的被动机械特性被调整为自然地拒绝干扰，否则可能导致系统的不稳定行为。

      • 最近的结果

          • 1STAR: 1个执行机构导向机器人

          • (2014年6月)
            我们提出了一种新颖的动态步态来控制柔足六足机器人的平面内运动(向前、向后、顺时针和逆时针旋转)，使用单一的执行器。该步态利用交替姿态三脚架之间的顺应性差异，通过控制机器人的加速度来产生旋转。Zarrouk和fear (IEEE ICRA 2014年6月)

          • 轧辊振荡调制车削

          • (2014年6月)
            提出了一种新的足式机器人动态转向模式，该模式采用锁相步态激发高度和滚动耦合振荡。改进后的机器人具有增强的滚动振荡，以206度/秒的速度旋转，速度为0.4米/秒。霍尔丹和担心

          • 用Picket机器人探测光滑地形

          • (2014年6月)
            使用StarlETH (ASL，苏黎世联邦理工学院)和UCB VelociRoACH进行的联合定位实验检测到滑地，准确率达92%。Haldane等(IEEE ICRA 2014年6月)

          • 空气动力转向SailRoACH

          • SailRoACH利用尾巴上的空气动力来转弯，在以每秒1.6米的速度奔跑的同时实现半径1.2米的转弯。对于快速运行的小型机器人，比例定律适用于这种转向模式。Kohut等人(IEEE IROS 2013年11月)

          • 伸展调谐自主机器人

          • (2013年2月)
            该机器人在横向平面上具有可变的腿伸展角度，以适应其刚度、高度和腿与表面的接触角。当蔓延角较低时，接触角和法向接触力大幅降低，在光滑表面上速度增加，在所有速度下都能稳定运行，最高可达5.2 m/s。Zarrouk et al。ICRA 2013。

          • 基于动物的六足微型机器人设计与气动稳定

          • (2013年1月)
            VelociRoACH是一个10厘米长，30克重的六足微型机器人，能够以2.7米/秒的速度奔跑，使其成为迄今为止相对于规模最快的有腿机器人。动态相似技术结合气动阻尼提供了高速稳定性。D.霍尔丹等。2013年举行IEEE“国际机器人与自动化会议”。

          • 光滑表面的动态爬升

          • (2012年10月)
            近垂直表面的动态爬升会产生反作用力，需要更大的法向附着力来防止坠落。在30度的斜坡上，动态攀爬以12赫兹的腿率成功，但在70度的斜坡上只有4赫兹。Birkmeyer, Gillies，害怕IROS 2012年10月

          • 快速反转:奔跑的动物和机器人

          • (2012年6月)
            蟑螂和壁虎在奔跑时可以像钟摆一样在壁架下摆动以逃脱。DASH机器人有一个特殊的脚附件，也可以以类似的方式摆动。Mongeau et al PLoS 2012年6月

          • 6腿TAYLRoACH

          • 100毫米大小的六足机器人TAYLRoACH可以在奔跑时快速旋转90度。科胡特et al。CLAWAR，巴尔的摩，2012年7月。

          • 带尾OctoRoACH

          • 100毫米规模的OctoRoACH机器人可以使用差速驱动以每秒100度的速度转弯，或者使用峰值转弯速率为每秒400度的动态尾巴。牵引等。ICRA 2012

          • DASH+Wings:翅膀辅助跑

          • (2011年10月)
            DASH+Wings是一种小型六足有翼机器人，利用扇动翅膀来增加其地面运动能力。机翼增加了爬坡和稳定性，但不能为飞行提供足够的推力。翼助跑机器人及其对鸟类飞行进化的启示。生物灵感和Bioimetics

          • OctoRoACH:双重驱动MilliRobot

          • (2011年9月)
            OctoRoACH机器人的质量不到30克，包括带有陀螺、加速计、无线电和摄像头的ImageProc CPU，能够在粗糙的表面上移动。由A.普利设计的机器人。牵引等。ICRA 2012

          • 碰撞:攀爬松散的垂直布

          • (2011年9月)
            collision机器人的质量为15克，能够利用简单的被动爪机构和耦合的平面腿驱动系统以每秒15厘米的速度爬上松散的布料表面。(博克梅厄et al。——2011年)

          • MEDIC微型机器人与身体支持的攀登

          • (2010年12月)
            Medic机器人的质量为5.5克，使用静态SMA驱动能够在1毫米内定位。该机器人包括摄像头和无线。

          • 调节腿刚度的动态转弯

          • (2010年9月)
            dynaRoACH机器人的质量为24克，能够以每秒14个体长的速度奔跑。通过改变腿的硬度，机器人可以在5步腿中完成90度转弯。BioRob 2010

          • 颗粒媒体上的RoACH 2.0和DASH

          • (2010年4月)
            与乔治亚科技公司的高盛实验室合作，测量颗粒介质的运输成本，结果显示每秒6-10体长时，运输成本为5-30 J/kg-m。

          • DASH 16克六足机器人

          • (2009年10月)
            DASH机器人使用柔性纤维板作为结构材料，使用一个主驱动电机，能够在平面上每秒移动15个体长。该结构具有弹性，能在每秒10米的终极速度下承受地面冲击。
            DASH:一个动态的15克六足机器人，IROS 2009。

          • 罗奇的机器人

          • 在仿生微系统实验室，我们将我们在制造微系统机器人方面的专业知识与对腿部系统的兴趣结合起来，制造出了我们认为是迄今为止最小的无系绳、有腿的机器人——一个2.5克重的腿机器人，名为自动爬行六足机器人(RoACH)。该机器人采用了智能复合材料微结构制造工艺和集成形状记忆合金(SMA)丝执行器。所有的电源、控制和通信电子设备都携带在车上，整个机器人由来自Full River公司的20maHr锂聚合物电池提供动力。

          • 一个有腿的微型机器人的比例原型

          • 使用常见的廉价材料，可以在大约1小时内制造出具有多达60个关节的折叠腿机器人原型。然后，原型可以用直流电动机或其他类型的执行器，如形状记忆合金线，如图右照片所示。折叠成型
            折叠微型机器人的快速原型，ICRA 2008

        • 生物灵感合成壁虎粘合剂

        • 微和纳米纤维结构旨在通过机械控制表面相互作用提供高摩擦力和粘附力。

            • 新闻

                • 低模量微光纤阵列

                • (2014年5月)
                  通过从低展弦比微孔聚碳酸酯模板中定向拉伸聚乙烯，我们生产了高展弦比、有角度的聚合物微纤维阵列。这些阵列代表了一种新型的静电传感器和执行器衬底，因为它们具有低刚度(<24 kPa有效弹性模量)、低泊松比(在低应变下有效为零)和极低密度(<1%固体聚乙烯)的特点。
                  角度超细纤维阵列作为低模量，低泊松比柔性衬底，J. Micromech。微工24 065016,2014。

                • 粗糙表面的GSA剪切

                • (2014年4月)
                  建立了表面特征尺寸与粘接终端特征形状之间的关系模型。在振幅远大于纳米级特征的正弦表面上，铲形特征可以在光滑表面上增加2.5倍的粘着力，在粗糙表面上增加10倍。
                  合成壁虎阵列在粗糙表面上的剪切模拟。接口,2014年4月。

                • 粗糙表面上的壁虎脚趾

                • (2013年10月)
                  我们测量了壁虎足部在与脚趾和片层结构尺寸相似的正弦图形上所能获得的最大剪切力。我们发现，在振幅和波长接近片层长度和片层间间距的表面，剪切粘附力显著下降，在测试范围内失去95%的剪切粘附力。
                  壁虎趾和板层剪切粘附在宏观工程粗糙表面上，J Exp Biol, 2013年10月。

                • 硬纤维与软纤维自清洁

                • (2013年6月)
                  对于特定的颗粒尺寸和纤维直径，硬(聚丙烯)和软(硅橡胶)纤维胶粘剂在被球形颗粒污染后都能恢复粘附能力。对纤维、颗粒和基体之间接触强度的分析表明，干燥自洁对纤维直径较小、损耗函数较小的材料(如硬质热塑性塑料)更有效。
                  硬、软纤维结构的干自清洗特性，ACS应用材料与界面，2013年6月(刚通过)

                • 控制粒子粘附

                • (2013年2月)
                  用磁驱动合成壁虎粘合剂对玻璃球进行了可控粘附。结果表明:通过外加磁场改变脊向可使球体的拉脱力增加10倍，有效弹性模量由65kpa增加到1.5 MPa;
                  磁驱动合成壁虎胶粘剂的可控粒子粘附，高分子材料学报，2013

                • HDPE GSA的湿式清洗

                • (2012年10月)
                  硬质聚合物基GSA由高密度聚乙烯(HDPE)的高展弦比微纤维形成，水可自洁。该超细纤维胶粘剂表现出几乎完全的湿式自清洁污垢颗粒与水滴，恢复98%的粘附力的原始超细纤维胶粘剂。
                  高密度聚乙烯超疏水超细纤维胶粘剂的湿式自清洁，朗缪尔，2012

                • GSA胶粘剂材料限制

                • (2011年8月)
                  HDPE和PP纤维阵列具有剪切附着应力(0.3 MPa)，足以使纤维变形。因此，纤维材料的强度限制了更大的附着强度。令人惊讶的是，GSA保持了54%的原始应力，尽管或显著变形超过10,000次循环。
                  热塑性壁虎启发合成胶的剪切粘接强度超过材料极限，朗缪尔，2011

                • 复合层状纳米纤维阵列

                • (2009年10月)
                  层状结构作为高展弦比HDPE光纤阵列的基支撑面。片层上的纳米纤维阵列可以附着在光滑的光栅上，其抗剪强度是平面纳米纤维阵列的5倍。朗谬尔,2009年10月

                • 壁虎模型轮胎(2008年11月)

                • 包裹在模型汽车轮胎上的超细纤维阵列显示了高摩擦力。(注意:到目前为止，轮胎只适用于光滑的表面。)
                  使用微纤维阵列的刚性聚合物的高摩擦。启信,2006

                • 斜向微纤维的定向粘附

                • (2008年11月)
                  斜向聚丙烯微纤维具有较强的方向性粘附作用，其在纤维方向的剪切强度是向纤维方向滑动强度的45倍。1平方。厘米。Patch在剪切中承受了450克的载荷。壁虎启发的角度微纤维阵列定向粘附，应用物理学报，2008。

                • 自洁壁虎胶

                • (2008年9月)
                  第一种合成的壁虎粘合剂，在使用过程中可以自我清洁，就像天然壁虎一样。在被微球污染后，超细纤维阵列失去了所有的粘附强度。在与干净的玻璃反复接触后，微球脱落，纤维恢复了原来30%的附着力。纤维具有非粘性的默认状态，这鼓励颗粒在接触过程中去除。合成壁虎胶的接触自清洁，Langmuir 2008

              • 壁虎粘附项目概述

              • 壁虎有一种非凡的能力，可以在任何光滑或粗糙、潮湿或干燥、清洁或肮脏的表面上以任何方向奔跑。壁虎的粘附性能的基础是在每个壁虎脚趾上数百万微米尺度的刚毛形成自清洁干粘合剂。每组的顶端由100到1000个直径仅为100纳米的刮刀组成。我们由生物学家和工程师组成的跨学科团队自1998年以来一直致力于开发自然纳米结构如何在刮刀、刮刀柄、齿柄、齿阵列和脚趾力学的层次组合中发挥作用的模型，并开发纳米制造工艺，以经济的方式制造大型毛发贴片阵列。

                  • 合成壁虎纳米毛发特性

                  • 利用生物学的见解，我们开发了壁虎毛发粘附的力学模型，然后设计、制造和测试微和纳米纤维结构。我们的目标是达到Autumn (MRS Bulletin 2007)确定的壁虎粘合剂系统的七个基准功能性能:
                    • 各向异性的依恋,
                    • 抽脱预紧比高，
                    • 低剥离力,
                    • 材料独立性/范德华附着力，
                    • 自洁,
                    • anti-self席子,
                    • 粘贴式默认状态。
                    低剥离力、自清洁和非粘性默认状态建议采用硬聚合物，而不是通常用于压敏粘合剂的软聚合物。正如2002年报道的那样，[Sitti and fear 2002]和Autumn等人[2002]制作了合成刮刀，在100-300 nN的范围内显示出与天然刮刀相似的附着力。这些小块的突起缺少果蕊柄，在一平方厘米的面积上产生了几毫牛顿的附着力。2003年，我们制作了高密度的铲形杆阵列[Campolo等人，2003年]，结果显示在剪切作用下粘附力为0.5牛顿/平方英尺。厘米。2006年，我们展示了一种0.6微米的新型高摩擦纤维阵列，其剪切阻力为每平方英尺4牛顿。厘米。每平方英尺只有0.8牛顿。厘米。正常负荷[Majidi等。 PRL 2006]. In 2007, we showed how the polypropylene fiber arrays can provide shear force without a normal load being present [Schubert et al. JAST 2007]. In 2008, we made easy-attach easy-release hard polymer gecko adhesives which have a non-adhesive default state [Lee et al. JRSI 2008], and can self-clean during contact [Lee and Fearing Langmuir 2008]. The final goal is to build arrays incorporating the necessary geometrical features which have the same adhesion as geckos to rough and smooth surfaces.

                      • 壁虎合成粘连的研究进展

                          • 复合层状纳米纤维阵列

                          • (2009年10月)
                            层状结构作为高展弦比HDPE光纤阵列的基支撑面。片层上的纳米纤维阵列可以附着在光滑的光栅上，其抗剪强度是平面纳米纤维阵列的5倍。朗谬尔,2009年10月

                          • 混合CoreShell纳米线连接器

                          • (2009年4月)
                            聚二甲苯涂层的Ge纳米线阵列相互连接，形成可重复使用的连接器。独特的是，NW型化学连接器具有较高的宏观剪切粘附强度(1.6 MPa)，与非自相似表面的结合最小，各向异性粘附行为(剪切强度与正常强度比为25)，低预紧力，可重用性，以及微观和宏观尺寸的高效结合。Nanoletters, 2009年4月

                          • 降低电阻纳米线触点

                          • (2008年12月)
                            镍纳米线可以增加真实接触面积，降低接触电阻。探针与200纳米× 10微米镍纳米线阵列之间的电阻与接触平板相比降低了一个数量级。使用兼容的镍纳米线阵列减少接触电阻，IEEE Trans。关于比较和包装。科技》2008。

                          • 斜向微纤维的定向粘附

                          • (2008年11月)
                            斜向聚丙烯微纤维具有较强的方向性粘附作用，其在纤维方向的剪切强度是向纤维方向滑动强度的45倍。与垂直纤维不同，斜角纤维在没有剪切载荷的情况下也具有正常的附着力。壁虎启发的角度微纤维阵列定向粘附，应用物理学报，2008。

                          • 自洁壁虎胶

                          • (2008年9月)
                            第一种合成的壁虎粘合剂，在使用过程中可以自我清洁，就像天然壁虎一样。在被微球污染后，超细纤维阵列失去了所有的粘附强度。在与干净的玻璃反复接触后，微球脱落，纤维恢复了原来30%的附着力。合成壁虎胶的接触自清洁，Langmuir 2008

                          • 弹性板与球体的粘附

                          • (2008年2月)
                            即使是很薄的薄膜粘附在不可显影的表面上，如球体，也需要拉伸和弯曲。将触点分成小片可以减少膜应变，增加粘附力。
                            弹性板与球体的粘附，皇家科学学会。一个2008

                          • 定向壁虎胶粘剂

                          • (2008年1月)
                            首先是易附着、易释放、定向合成的壁虎胶，使用硬质聚合物微纤维。超细纤维阵列使用每平方厘米4200万聚丙烯超细纤维。补丁可以支持9 N/平方厘米。预紧力仅0.1N/平方厘米。
                            刚性聚合物的滑动诱导粘附，界面2008

                          • 聚丙烯微纤维的剪切粘附

                          • (2007)
                            剪切附着力0.1 N/平方厘米。采用0.6微米聚丙烯纤维阵列。所需的正常预紧力小于0.05 N/sq。舒伯特等。Jnl。粘附的科学。和技术,2007]。

                          • 聚丙烯微纤维的高摩擦

                          • (2006)
                            使用垂直取向的聚丙烯微纤维阵列，在不使用柔软/粘性材料的情况下展示了高摩擦。在0.8 N /平方。Cm，摩擦系数大于5。
                            [Majidi et al PRL 2006]。版权(2006)由美国物理学会
                            使用微纤维阵列的刚性聚合物的高摩擦。启信,2006

                          • 纤维粘附的侧接触模型

                          • (2005)
                            纤维侧接触黏附分析。马吉迪，格罗夫，害怕J.应用。Phys 2005]表明足够长的纤维，例如碳纳米管，可以稳定地进行侧接触。这种侧向接触比半球形尖端接触能提供10-20倍的附着力。

                          • 侧面触点结块的验证

                          • (2004)
                            纤维的密度受到结块的限制——尖端在纤维之间的间隙较大，侧边则纤维较密。方形晶格被认为具有更好的抗结块性。聚酰亚胺纤维(直径0.6微米)显示结块行为。[Majidi, Groff, fear 2004]。

                          • 表面粗糙度对附着强度的影响

                          • (2003)
                            表面粗糙度显著降低了纤维胶粘剂的粘附强度。悬臂纤维模型预测，当表面粗糙度从1 um增加到15 um时，附着力下降了5倍。
                            [Campolo, Jones，害怕IEEE Nano 2003]

                          • 高密度纳米纤维

                          • (2003)
                            采用模版铸造工艺，制备了直径200 nm、长60微米的聚氨酯毛。由于结块，附着力有限。

                          • 合成抹刀数组

                          • (2002)
                            纳米压痕和铸造合成刮刀阵列。每个抹刀的粘附力约为200-300 nN。阵列的总面积小于100x100平方。嗯。[Sitti和fear IEEE Nano 2002]

                          • 橡胶微杆阵列

                          • (2002)
                            硅橡胶杆阵列，每个直径6 um，高度6 um演示0.003 N/sq。厘米。粘附力和60 nN每茎。[Sitti和fear IEEE Nano 2002]

                          • 合成抹刀

                          • (2002)
                            用硅橡胶(E ~ 0.5 MPa)和聚酯(E ~ 1000 MPa)采用纳米压痕法和铸造法制备了单片刮刀。用原子力显微镜测量了单个聚酯刮刀在尖端半径为350 nN和180 nN时的剥离力。抽脱力的相似性支持了壁虎胶黏剂材料独立性的假设。(秋天et al。PNAS 2002]

                        • 扑翼飞机项目

                        • 扑动飞行为在部分结构的室内环境中操作提供了必要的高机动性。为了实现搜索和室内导航等任务的鲁棒智能，鸟翼机的机动性将与一种学习方法相结合，该方法对干扰和障碍的性质作出最小的假设。该方法将为单辆或多辆车辆制定最优控制策略。基于全局最优分布式强化学习，我们提出了一组飞翼机在门和墙等未建模障碍物之间进行感知和导航合作的算法。我们的研究将通过全三维动态模拟、多系绳实验室试验台以及实际的室内飞行飞翼机进行验证。

                          合作者:
                          peter Abbeel教授，加州大学伯克利分校计算机科学系

                          罗伯特·达德利教授，加州大学伯克利分校

                            • 最近的结果

                                • 与风洞数据相比，飞鸟机自由飞行

                                • (2014年6月)
                                  我们用从Vicon运动捕捉系统收集的自由飞行数据来比较飞禽直升机的飞行，以测量风洞力和力矩值。我们确定风洞低估了自由飞行中观测到的平衡点的迎角15度，而在平均飞行速度为2 m/s时，两组平衡速度误差为0.1 m/s。2014年举行(“国际机器人与自动化会议”)。

                                • 飞禽直升机MAV窗口穿越的协同控制

                                • (2013年3月)
                                  我们使用计算机视觉演示了一架13克翼突直升机和一个轻型地面站之间的合作目标寻找。H2Bird采用碳纤维机身、尾桨和升降机，携带2.8克有效载荷。地面站使用实时运动跟踪算法向飞翼机提供航向估计。一个模型精确地预测了通过狭窄通道飞行的向后可达区域。自主代理和多代理系统(AAMAS2013)。

                                • 13克飞翼机目标寻找的飞行控制

                                • (2011年9月)
                                  我们演示了自主飞行控制的13克翼机能够飞向一个目标，没有任何远程协助。为了这个演示，我们利用机载传感和计算资源开发了一个闭环姿态调节器。

                                • 用于移动转换的双足飞鸟机

                                • (2011年9月)
                                  Bolt是一种重13克的鸟翼直升机，具有混合模式运动的腿。在运行模式下，机翼提供被动稳定性。借助机翼辅助运行，BOLT可以以2.5米/秒的速度运行，同时保持与地面接触。

                                • iBird高度调节

                                • (2010年9月)
                                  我们确定了飞翼机在稳定平衡点的自由飞行空气动力，并将其与系绳飞行空气动力进行比较。我们开发了一个闭环高度调节鸟类直升机使用外部相机和机载电子设备。结果表明，一架12克零诱导速度翼飞飞行器的系绳气动力测量结果低估了总飞行力24.8 mN。

                                • Image Proc 2.2 CPU

                                • (2010年8月)
                                  Image Proc 2.2设计修订由Stan Baek。板包含手机，陀螺，加速计，802.15.4无线电，2通道电机驱动器在1.4克。

                                • iBird-bot

                                • (2010)
                                  商用iBird盘旋能力鸟类直升机配备ImageProc dsPIC33 CPU板。总质量为12克。

                                • 扇动的高效谐振驱动

                                • (2009年10月)
                                  建立了电池驱动直流电动机驱动曲柄的模型，实验表明，在谐振驱动下，所需功率可降低30%。

                                • 飞禽直升机上的光流

                                • (2009年10月)
                                  由于扑动飞行的俯仰运动，光流具有较大的叠加速度分量。这个分量可以在翅膀拍打的频率上采样，以恢复底层信号。

                                • Vamp-bot

                                • (2009)
                                  市售VAMP翼机与定制低质量电子产品。总质量约13克，包括蓝牙和手机摄像头。

                                • ImageProc 1 CPU

                                • (2008)
                                  PIC CPU与Omnivision摄像头，由费尔南多加西亚贝穆德斯设计。示意图ImageProc v1.0

                              • 中、微型机器人的折叠原型设计

                              • 随着机器人尺寸的减小，其表面积与体积之比增大。因为机器人的质量与体积成正比，这个比例的增加意味着表面力(例如静电引力)比惯性力大。因此，随着机器人(以及一般机器)变得越来越小，其运动部件的摩擦可能成为能量损失、磨损和不可预测行为的主要来源。在Biomimetic msystems实验室，我们开发了一种名为“智能复合材料微结构”(SCM)的工艺，使我们能够建造小型、强壮、轻量级的机器人和结构，其移动能力来自于柔性聚合物铰链的弯曲，这些聚合物铰链连接由碳纤维和其他复合材料制成的刚性链接。这些结构是由单个的平面部件制成的，并被折叠起来形成更复杂的形状和连接。它们还可以与智能驱动器集成，如压电和形状记忆合金，以提供运动。

                                供应链管理过程的细节可以在:R.J. Wood, S. Avadhanula, R. Sahai, E. Steltz, R.S. fear中找到
                                机械设计学报，vol. 130, no. 1。5, 2008。(链接)
                                纸板:SCM: A.M.折叠微型机器人的快速成型过程。机器人与自动化，帕萨迪纳，2008年5月。(链接)

                                  • 原型折叠机器人

                                  • 即使使用SCM流程，非常小的机器人也很难设计和制造。它们的尺寸使装配具有挑战性，在二维图纸中设计一个三维折叠机器人的固有难度也减慢了过程。为了避免在设计的早期阶段出现代价高昂的错误，这时许多想法将被测试和丢弃，我们使用常见的可用材料创建了SCM过程的伸缩模拟。这个伸缩过程可以让折叠机器人设计者在短短20分钟内从纸上设计到功能伸缩原型。快速迭代降低了过早投入小规模设计和制造的风险。相反，设计师可以在更大的范围内自由地探索各种想法，抛弃不成功的尝试，快速整合过程中吸取的经验教训，从而产生更有可能在小范围内成功的设计。

                                      • 原型制作过程:以六足爬虫为例逐步说明

                                      • 所需设备及用品
                                        2D CAD软件(Solidworks, CorelDraw等)
                                        VersaLaser激光切割机
                                        Posterboard
                                        胶棒/热贴接胶
                                        聚酯薄膜(0.001”- 0.004”厚)
                                        胶水(白色，或氰基丙烯酸酯)

                                          • 步骤1:绘图

                                          • 这个过程从一个支持向量图形的程序中的二维绘图开始。在实验室中，我们使用2D CAD程序Solidworks。也可以使用Corel Draw这样的程序。但是，Solidworks是首选，因为它对尺寸给出了明确的控制，并允许用户在图中定义实体之间的关系。将成为机器人柔性铰链的线条是红色的，而代表部分轮廓的线条是黑色的。蓝线是用于工件的平方和刻痕。这些线在不同的时间被切断-原因将在下面的步骤中解释

                                          • 第二步:修剪弯曲的肌肉

                                          • 蓝色的线条首先被切割出正方形的工件，并在中间创建一条折叠线。将工件折叠并进行弯曲切割，在右图所示的工件中创建镜像切割。

                                          • 步骤3:插入弯曲层

                                          • 胶水被涂在工件的内表面，一块聚酯大到足以覆盖所有弯曲切割被放置在一个内表面。(或者，海报板可以在内面用热贴膜预压。)将工件折叠起来，将聚酯膜夹在两边之间。应注意对齐弯曲切口。将折叠好的纸片对着光就可以检查是否对齐

                                          • 步骤4:层压

                                          • 折叠的工件通过热贴膜机，辊施加最大压力。这一步骤确保张贴板到聚合物弯曲膜的均匀粘结。产生的三明治现在已经准备好在激光切割机上切割零件轮廓。

                                          • 第五步:剪掉轮廓

                                          • 三明治被放回激光切割机。重要的是要把工件放在与步骤2中相同的方向，当弯曲被切割。零件的轮廓现在已经裁剪好了。左图显示的是轮廓被切割的零件，但没有从工件上去除。

                                          • 步骤6:释放零件

                                          • 零件现在可以从工件中弹出。结果是综合的，铰接部分与铰链，其中弯曲切割线放置在图纸和刚性张贴板之间的链接。

                                          • 步骤7:预折叠连杆

                                          • 如果任何一个部件包含可以在部件连接之前进行折叠的连杆，那么它们就可以在这一点上进行折叠和粘接。在左边的图片中，四杆连杆是通过折叠连接到左边两个部分的连杆而形成的。当整个结构组装好后，这四根钢筋将构成一个六足机器人的臀部。右边的部分被折叠成Sarrus连杆。这个连杆装置位于成品机器人的中间，通过收缩和扩张来提升和降低两组三脚(三脚架)。

                                          • 步骤8:最终组装

                                          • 现在可以组装单个部件或子组件。在右边的照片中，步骤7中的三个盘子被粘在了一起。最左边的盘子在底部，Sarrus连杆在中间，第7步图片中间的盘子在上面。腿也被粘到四杆臀部和腿的末端安装了球形硅橡胶脚。

                                        • 例子的结构

                                            • SMA驱动履带

                                            • 这些文件是用来切割出形状记忆合金驱动爬虫显示在上面的电影。

                                            • 电机驱动的昆虫

                                            • 直流电机也可以集成在一步一步的指示装配的爬虫。这种履带机使用相同的运动学，但经过修改以适应电机和轮系。柔性铰链也可用作弹簧。在这个原型中，一个轻微弯曲的膝盖被添加到腿部，以实现少量的顺应性。

                                            • 5倍比例的微型机械飞虫模型

                                            • 微型机械飞虫的每只翅膀都有两个执行器。每个驱动器驱动一个滑杆曲柄连接到一个4杆。一对4杆驱动一个球形4杆作为机翼铰链。每个机翼有2自由度，并使用15关节联动。总的来说，该模型使用了30个弯曲节点，以及另外30个固定节点用于结构/空气框架。

                                            • OctoRoACH机器人

                                            • 由A.普利(普利等人)设计的OctoRoACH机器人。ICRA 2013)。OctoRoACH每面使用1个直流电机。传输可以在小型飞行玩具如VAMP中找到。

                                          • 使用其他材料制作原型

                                              • .．.

                                              • 虽然海报板是一种方便的材料，很容易获得，便宜，并合理的强度，为驱动模型，更坚固的工程材料是可取的。我们最近扩展了这个过程，使用G10玻璃纤维。G10比硬纸板提供更高的比模量，在经受重复驱动循环时更坚固。玻璃纤维的使用也开启了将印刷电路板直接集成到机器人骨架中的可能性。

                                              • MEDIC微型机器人与身体支持的攀登

                                              • (2010年12月)
                                                Medic机器人由薄玻璃纤维片制成，质量为5.5克，使用静态SMA驱动能够在1毫米内定位。该机器人包括摄像头和无线。