加州大学伯克利分校
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  • 提供配置文件
  • 仿生微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征，从根本上提高微型机器人的能力。实验室的研究范围从对机械原理的基本理解到新型制造技术，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，开发可以在工程和自然系统上进行测试的功能模型。该实验室目前的研究集中在使用纳米结构粘合剂和生物启发飞行的全地形爬行。
产品组合

  • 走动的机器人

  • 为什么是有腿的机器人?

    与轮式系统相比，腿式系统提供了一些关键的性能优势。在有腿的系统中，脚不是连续地与地面接触，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)可以克服比系统臀部高度高出三倍以上的障碍，而轮子则被限制在不高于一个半径的障碍上。最后，也许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，系统的被动机械性能被调整为自然地拒绝干扰，否则可能导致系统中的不稳定行为。

      • 最近的结果

          • 1STAR: 1个驱动器可操纵机器人

          • (2014年6月)
            本文提出了一种新型的动态步态，用于控制柔顺六足机器人的平面内运动(向前、向后、顺时针和逆时针旋转)。该步态利用交替站立的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 and fears (IEEE ICRA 2014年6月)

          • 滚摇调制车削

          • (2014年6月)
            提出了一种新的足式机器人动态转弯模式，该模式利用锁相步态来激发机器人的高度和侧倾耦合振动。改进后的机器人增强了滚摇摆动，以206度/秒的速度转弯，速度为0.4米/秒。霍尔丹和恐惧

          • 用纠察机器人探测湿滑地形

          • (2014年6月)
            使用StarlETH (ASL，苏黎世联邦理工学院)和UCB VelociRoACH进行的实验使用联合定位检测湿滑地形，精度为92%。Haldane et al. (IEEE ICRA 2014年6月)

          • 气动操舵舵

          • SailRoACH利用尾巴上的空气动力来转弯，在以每秒1.6米的速度奔跑时实现半径1.2米的转弯。缩放定律适用于这种快速运行的小型机器人的转弯模式。Kohut等人(IEEE IROS 2013年11月)

          • 一种扩展调谐自主机器人

          • (2013年2月)
            该机器人在横向平面上具有可变的腿伸展角，以适应其刚度、高度和腿与表面的接触角。当扩展角较小时，接触角和法向接触力显著减小，在光滑表面上速度增大，在所有速度下均能稳定运行，最高可达5.2 m/s。Zarrouk等人。ICRA 2013。

          • 动物启发的设计和六足微型机器人的气动稳定

          • (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/秒的速度运行，使其成为迄今为止相对规模最快的腿部机器人。动态相似技术结合气动阻尼提供了高速稳定性。D.霍尔丹等人。Ieee icra 2013。

          • 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，动态攀爬成功时腿频为12 Hz，但在70度的斜坡上只有4 Hz。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窗台下摆动来逃脱。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等PLoS 2012年6月

          • 六条腿的泰勒蟑螂

          • 100毫米大小的六足机器人TAYLRoACH可以在奔跑时快速旋转90度。Kohut等人。克劳瓦，巴尔的摩，2012年7月。

          • 有尾巴的八爪蟑螂

          • 这款100毫米大小的OctoRoACH机器人可以用每秒100度的差动驱动来转弯，或者用峰值每秒400度的动态尾巴来转弯。Pullin等人。ICRA 2012

          • DASH+Wings:翼助奔跑

          • (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。机翼增加了爬坡坡度和稳定性，但不能为飞行提供足够的推力。翼助奔跑机器人及其对鸟类飞行进化的启示。生物灵感和仿生学

          • OctoRoACH:双驱动微型机器人

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

          • 碰撞:攀爬松散的垂直布料

          • (2011年9月)
            碰撞机器人的质量为15克，使用简单的被动爪机构和耦合的平面内腿驱动系统，能够以每秒15厘米的速度爬上松散的布料表面。(Birkmeyer等。——2011年)

          • MEDIC微型机器人与身体支撑爬

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

          • 通过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。通过改变腿部刚度，机器人可以在5条腿跨步内完成90度转弯。BioRob 2010

          • 颗粒媒体上的RoACH 2.0和DASH

          • (2010年4月)
            与GeorgiaTech的高盛实验室合作测量颗粒介质的运输成本，显示每秒6-10个体长时的运输成本为5-30 J/kg-m。

          • DASH 16克六足机器人

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

          • 蟑螂机器人

          • 在仿生微系统实验室，我们将我们在建造微型机器人方面的专业知识与对腿部系统的兴趣结合起来，建造了我们认为是迄今为止最小的无系绳的腿部机器人——一个2.5克重的腿部机器人，称为机器人自主爬行六足(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)线驱动器。所有电源、控制和通信电子设备都安装在机器人上，整个机器人由一块来自Full River公司的20maHr锂聚合物电池供电。

          • 一个有腿的微型机器人的比例原型

          • 使用常见的廉价材料，在大约1小时内就可以制造出具有多达60个关节的腿部机器人折叠原型。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)执行，如照片右侧所示。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

        • 微纳米纤维结构通过机械控制表面相互作用来提供高摩擦力和粘附力。

            • 新闻

                • 低模量微光纤阵列

                • (2014年5月)
                  通过从低展弦比的微孔聚碳酸酯模板中定向拉聚聚乙烯，我们生产了高展弦比、有角度的聚合物超纤维阵列。这些阵列是静电传感器和执行器的新型衬底，因为它们的特点是低刚度(<24 kPa有效弹性模量)，低泊松比(在低应变下有效为零)和非常低的密度(<1%的固体聚乙烯)。
                  角度超细纤维阵列作为低模量，低泊松比兼容基板，J. Micromech。微能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胶粘剂终端特征形状之间的关系模型。在振幅远大于纳米尺度特征的正弦表面上，锅铲形特征可以使光滑表面上的粘结力增加2.5倍，在粗糙表面上增加10倍。
                  合成壁虎阵列在粗糙表面剪切的模拟，J. R. Soc。界面，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大小与脚趾和鳞片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距的表面上，剪切粘附力显著降低，在测试范围内失去95%的剪切粘附力。
                  宏观工程粗糙表面上的壁虎脚趾和板层剪切粘附，J Exp生物学，2013年10月。

                • 硬/软纤维自洁

                • (2013年6月)
                  对于某些粒径和纤维直径，硬(聚丙烯)和软(硅橡胶)纤维粘合剂都可以在被球形颗粒污染后恢复粘合能力。对纤维、颗粒和基材之间接触强度的分析表明，干式自清洗对于较小的纤维直径和较小的损失函数(如硬质热塑性塑料)更有效。
                  软硬纤维结构的干燥自洁性能，ACS应用材料与界面，2013年6月(刚录用)

                • 可控粒子粘附

                • (2013年2月)
                  用磁驱动合成壁虎胶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拔力提高10倍，有效弹性模量可由65 kPa提高到1.5 MPa。
                  磁性驱动合成壁虎胶的可控颗粒粘附，先进功能材料，2013

                • HDPE GSA的湿式清洗

                • (2012年10月)
                  基于硬聚合物的GSA由高密度聚乙烯(HDPE)的高纵横比微纤维形成，可用水自清洁。超细纤维粘合剂显示出几乎完全的湿式自清洁污垢颗粒与水滴，恢复98%的原始超细纤维粘合剂的附着力。
                  由高密度聚乙烯形成的超疏水超纤维胶粘剂的湿式自清洁，Langmuir, 2012

                • GSA粘合剂材料限制

                • (2011年8月)
                  HDPE和PP纤维阵列具有剪切粘附应力(0.3 MPa)，足以使纤维变形。因此纤维材料的强度是限制较大粘结强度的因素。令人惊讶的是，尽管在10,000次循环中发生了明显变形，GSA仍保持了54%的原始应力。
                  热塑性壁虎合成胶粘剂的剪切粘附强度超过材料极限，Langmuir, 2011

                • 复合层状纳米纤维阵列

                • (2009年10月)
                  层状结构是高展弦比HDPE光纤阵列的基本支撑面。薄片上的纳米纤维阵列可以粘附在光滑光栅上，剪切强度是平面纳米纤维阵列的5倍。Langmuir, 2009年10月

                • 壁虎轮胎模型车(2008年11月)

                • 超细纤维阵列包裹在模型汽车轮胎显示高摩擦。(注:到目前为止，轮胎只能在光滑的表面上工作。)
                  使用微纤维阵列的刚性聚合物的高摩擦，物理。Rev. Letters, 2006年

                • 倾斜微纤维的定向粘附

                • (2008年11月)
                  斜向聚丙烯微纤维具有较强的方向性黏附效应，纤维方向的剪切强度是纤维滑动强度的45倍。一平方。厘米。Patch在剪切时承受450克的载荷。以壁虎为启发的角度超细纤维阵列的定向粘附，应用物理学报，2008。

                • 自洁壁虎胶

                • (2008年9月)
                  第一种合成壁虎粘合剂，在使用过程中可以像天然壁虎一样自我清洁。在被微球污染后，超细纤维阵列失去了所有的附着强度。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。纤维有一个不粘的默认状态，这鼓励颗粒去除接触。合成壁虎胶的接触自清洁，Langmuir, 2008

              • 壁虎附着力项目概述

              • 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、干净或脏的表面上以任何方向奔跑。壁虎具有粘附性能的基础是在每只壁虎脚趾上数百万微米大小的刚毛上形成一种自洁干胶。每组的尖端由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、刮刀柄、刮刀阵列和脚趾力学的分层组合中发挥作用的模型，并开发纳米制造工艺，使大型毛发斑块阵列能够经济地制造。

                  • 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。我们的目标是实现由Autumn (MRS Bulletin 2007)确定的壁虎粘合剂系统的七个基准功能特性:
                    • 各向异性的依恋,
                    • 高脱紧比，
                    • 分离力低，
                    • 材料独立性/范德华附着力，
                    • 自洁,
                    • 反自抠图，以及
                    • 非粘性默认状态。
                    低分离力、自清洁和无粘性的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。根据2002年的报道，[Sitti and Fearing 2002]和Autumn et al.[2002]我们已经制作了人造刮刀，在100-300神经网络范围内显示出与天然刮刀相似的粘附性。这些凸起的斑块缺乏刚柄，在一平方厘米的面积上获得了几毫牛顿的粘附力。2003年，我们制作了高密度的匙状茎阵列[Campolo等，2003年]，其剪切附着力为0.5牛顿/平方。厘米。2006年，我们展示了一种由0.6微米纤维组成的新型高摩擦阵列，其剪切阻力为4牛顿/平方英尺。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.

                      • 壁虎诱导合成黏附的研究进展

                          • 复合层状纳米纤维阵列

                          • (2009年10月)
                            层状结构是高展弦比HDPE光纤阵列的基本支撑面。薄片上的纳米纤维阵列可以粘附在光滑光栅上，剪切强度是平面纳米纤维阵列的5倍。Langmuir, 2009年10月

                          • 混合CoreShell纳米线连接器

                          • (2009年4月)
                            阵列的二甲苯涂层的锗纳米线相互连接，形成一个可重复使用的连接器。独特的是，NW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(剪切与正常强度比25)，低预压，可重复使用，在微观和宏观尺度上都具有高效的结合。纳诺字母，2009年4月

                          • 降低电阻纳米线接触

                          • (2008年12月)
                            镍纳米线可以增加真实接触面积，降低接触电阻。与接触平板相比，探针与200纳米× 10微米镍纳米线阵列之间的电阻降低了一个数量级。使用兼容镍纳米线阵列降低接触电阻，IEEE Trans。在组合和打包上。科技》2008。

                          • 倾斜微纤维的定向粘附

                          • (2008年11月)
                            斜向聚丙烯微纤维具有较强的方向性黏附效应，纤维方向的剪切强度是纤维滑动强度的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表现出正常的附着力。以壁虎为启发的角度超细纤维阵列的定向粘附，应用物理学报，2008。

                          • 自洁壁虎胶

                          • (2008年9月)
                            第一种合成壁虎粘合剂，在使用过程中可以像天然壁虎一样自我清洁。在被微球污染后，超细纤维阵列失去了所有的附着强度。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

                          • 弹性板与球体的附着力

                          • (2008年2月)
                            即使是薄膜粘附在不可展开的表面上，如球体，也需要拉伸和弯曲。将触点分割成小板可减少膜应变并增加附着力。
                            弹性板与球体的粘附，英国皇家学会一个2008

                          • 定向壁虎胶

                          • (2008年1月)
                            首先易附着，易释放，定向合成壁虎胶使用硬聚合物微纤维。超纤阵列采用每平方厘米4200万聚丙烯超纤。补丁可支持9 N/sq.cm。预紧力仅为0.1N/平方厘米。
                            刚性聚合物的滑动诱导粘附，界面2008

                          • 聚丙烯微纤维剪切附着力

                          • (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。正常预紧力要求小于0.05 N/sq。舒伯特等人。Jnl。粘附科学。科技，2007]。

                          • 来自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，在不使用软/粘性材料的情况下展示了高摩擦。0.8 N/sq。Cm，摩擦系数大于5。
                            [Majidi et al PRL 2006]。版权(2006年)由美国物理学会
                            使用微纤维阵列的刚性聚合物的高摩擦，物理。Rev. Letters, 2006年

                          • 纤维黏附的侧接触模型

                          • (2005)
                            侧接触时纤维粘连特性分析。马吉迪，格罗夫，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。这种侧面接触可以比半球形尖端接触大10-20倍的附着力。

                          • 侧面接触结块验证

                          • (2004)
                            纤维密度受到结块的限制——在纤维间隙较大时尖端结块和较近纤维时侧边结块。预计方形晶格具有更好的抗结块性能。聚酰亚胺纤维(0.6微米直径)显示结块行为。[马吉迪，格罗夫，恐惧2004]。

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

                          • (2003)
                            表面粗糙度显著降低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5倍。
                            [Campolo, Jones，害怕IEEE Nano 2003]

                          • 高密度纳米纤维

                          • (2003)
                            采用模板铸造工艺，制备了直径200 nm、长60微米的聚氨酯毛。由于结块，粘附力有限。

                          • 合成刮刀阵列

                          • （2002）
                            纳米压痕和铸造合成刮刀阵列。每个刮刀测量的粘附力约为200-300 nN。阵列总面积小于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，显示0.003 N/sq。厘米。附着系数为每株60 nN。[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。在原子力显微镜下，单个聚酯刮刀的脱拔力为290 nN，刀尖半径为350 nN;硅橡胶刮刀的脱拔力为180 nN。脱落力的相似性支持了壁虎胶粘剂材料独立性的假设。Autumn等人。PNAS 2002]

                        • 扑翼飞机项目

                        • 扑翼飞行提供了在部分结构的室内环境中操作所必需的高机动性。为了实现搜索和室内导航等任务的强大智能，扑翼机的机动性将与对干扰和障碍的性质进行最小假设的学习方法相结合。该方法将为单台或多台车辆制定最优控制策略。基于全局最优分布式强化学习，我们建议为一组扑翼机开发算法，以便在门和墙壁等未建模障碍物之间进行感知和导航。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扑翼机进行验证。

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

                          Robert Dudley教授，加州大学伯克利分校

                            • 最近的结果

                                • 扑鸟机自由飞行与风洞数据比较

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

                                • 扑鸟飞行器窗口穿越的协同控制

                                • (2013年3月)
                                  我们演示了一架13克扑翼机和一个使用计算机视觉的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，并携带2.8克有效载荷。地面站使用实时运动跟踪算法向扑翼机提供航向估计。一个模型准确地预测了飞行通过狭窄通道时向后可达的区域。自主代理和多代理系统(AAMAS2013)。

                                • 13克扑翼机目标搜索的飞行控制

                                • (2011年9月)
                                  我们演示了13克扑翼机的自主飞行控制，能够在没有任何远程协助的情况下飞向目标。为了演示，我们利用机载传感和计算资源为扑翼机开发了一个闭环姿态调节器。

                                • BOLT:用于移动过渡的双足扑鸟机

                                • (2011年9月)
                                  Bolt是一架13克的扑翼机，带有腿，用于混合模式运动。在运行模式中，机翼提供被动稳定性。在机翼辅助下，BOLT可以在保持与地面接触的情况下以2.5米/秒的速度奔跑。

                                • iBird高度调节

                                • (2010年9月)
                                  我们确定了扑翼机在稳定平衡点上的自由飞行气动力，并将其与系留飞行气动力进行了比较。我们使用外部摄像头和机载电子设备为扑翼机开发了一个闭环高度调节系统。结果表明，12克零诱导速度扑翼机的系绳气动力测量将总飞行力低估了24.8 mN。

                                • Image Proc 2.2 CPU

                                • (2010年8月)
                                  Image Proc 2.2设计修订Stan Baek。电路板包含手机，陀螺仪，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悬停扑鸟机，配备ImageProc dsPIC33 CPU板。总质量为12克。

                                • 高效谐振驱动扑动

                                • (2009年10月)
                                  建立了电池驱动直流电动机驱动曲柄电机的模型，实验表明，谐振驱动时所需功率降低30%。

                                • 扑鸟机上的光流

                                • (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。这部分可以在机翼拍打频率采样，以恢复基础信号。

                                • Vamp-bot

                                • (2009)
                                  市售VAMP扑鸟机自定义低质量电子产品。总质量约13克，包括蓝牙和手机摄像头。

                                • ImageProc 1 CPU

                                • (2008)
                                  带有Omnivision摄像头的PIC CPU，由Fernando Garcia Bermudez设计。示意图ImageProc v1.0

                              • 中小型机器人的折叠原型设计

                              • 随着机器人体积的减小，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)与惯性力相比变得更大。因此，随着机器人(以及一般的机器)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，我们开发了一种称为“智能复合材料微结构”(SCM)的工艺，使我们能够建造小型、坚固、轻量级的机器人和结构，其移动能力来自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。这些结构被制成单一的平面件，并折叠起来形成更复杂的形状和联系。它们还可以与智能执行器集成，如压电和形状记忆合金，以提供运动。

                                SCM过程的细节可以在:R.J. Wood, S. Avadhanula, R. Sahai, E. Steltz, R.S. Fearing中找到
                                机械设计学报，vol. 130, no. 4。5, 2008。(链接)
                                纸板:SCM: A.M.胡佛和R.S.担心，折叠微型机器人的快速原型制作过程。机器人与自动化，帕萨迪纳，2008年5月。(链接)

                                  • 折叠机器人原型

                                  • 即使使用SCM流程，非常小的机器人也很难设计和制造。它们的尺寸使得组装具有挑战性，在二维图纸上设计三维折叠机器人的固有难度也减缓了过程。为了避免在设计的早期阶段(许多想法将被测试和丢弃)中出现代价高昂的错误，我们使用常见的可用材料创建了对SCM过程的缩放模拟。这个缩放过程可以让折叠机器人设计师在短短20分钟内从纸上的设计到功能缩放原型。快速迭代降低了过早地进行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，丢弃不成功的尝试，并迅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:六足爬虫实例的逐步说明

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

                                          • 第一步:绘图

                                          • 这个过程从一个支持矢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之类的程序。但是，Solidworks是首选的，因为它提供了对尺寸的显式控制，并允许用户定义图形中实体之间的关系。将在机器人中成为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。蓝线用于对工件进行划线。这些线在不同的时间被切割-其原因将在以下步骤中解释

                                          • 第二步:修剪屈曲

                                          • 蓝色的线首先被切割出来，以正方形的工件，并在中间创建一个折叠线。工件被折叠并进行弯曲切割，在右侧的图片所示的工件上创建镜像切割。

                                          • 步骤3:插入弯曲层

                                          • 将胶水涂在工件的内表面，并在其中一个内表面上放置一块足以覆盖所有弯曲切割的聚酯。(或者，海报也可以在内面用热贴膜预压。)将工件折叠起来，将聚酯膜夹在两侧之间。应小心地对准弯曲切口。将折叠好的纸片对着灯看是否对齐

                                          • 第四步:覆膜

                                          • 被折叠的工件在滚轮施加的最大压力下通过热覆膜机。这一步确保了海报板与聚合物柔性薄膜的均匀粘合。得到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:剪出轮廓

                                          • 三明治被放回激光切割机。重要的是将工件放回与步骤2中弯曲被切割时相同的方向。现在零件的轮廓已经剪好了。左边的图片显示了零件的轮廓被切割，但没有从工件上移除。

                                          • 第六步:释放部件

                                          • 零件现在可以从工件中弹出。结果是集成的，铰接部件与铰链弯曲切割线放置在图纸和刚性海报之间的链接。

                                          • 步骤7:预折叠连杆

                                          • 如果任何一个部件包含在部件连接之前可以折叠的连杆，则可以在此时折叠和粘合。在左边的图片中，四杆连杆是通过将连接在左边两个部分上的连杆折叠而成的。当整个结构组装好后，这四根棒子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，通过收缩和扩张来升降两组三条腿(三脚架)。

                                          • 第八步:总装

                                          • 单个部件或子组件现在可以组装。在右边的照片中，步骤7中的三个盘子被粘在一起。最左边的板块在底部，Sarrus联动在中间，Step 7图片中间的板块在顶部。腿也被粘在四杆臀部和腿的末端装有球形硅橡胶脚。

                                        • 例子的结构

                                            • SMA驱动履带

                                            • 这些文件是用来削减形状记忆合金驱动的爬虫显示在上面的电影。

                                            • 电机驱动的昆虫

                                            • 直流电动机也可以与分步指令中组装的爬行器集成。这种履带使用相同的运动学，但修改以适应电机和齿轮系。柔性铰链也可用作弹簧。在这个原型中，腿部增加了一个轻微弯曲的膝盖，以实现少量的顺应性。

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

                                            • 这种微型机械飞虫每只翅膀有两个驱动器。每个驱动器驱动一个滑块曲柄连接到一个4杆。一对4杆驱动一个充当机翼铰链的球形4杆。每个机翼有2个自由度，并使用15关节联动。总的来说，模型使用了30个弯曲接头，另外30个固定接头用于结构/空气框架。

                                            • OctoRoACH机器人

                                            • 由A. Pullin (Pullin等人)设计的OctoRoACH机器人。ICRA 2013)。OctoRoACH每边使用1个直流电机。传输可以在小型飞行玩具中找到，如VAMP。

                                          • 使用其他材料创建原型

                                              • .．.

                                              • 虽然纸板是一种方便的材料，容易获得，价格便宜，而且相当坚固，但对于驱动模型，更坚固的工程材料是可取的。我们最近已经将这一过程扩展到使用G10玻璃纤维。G10提供了比纸板更高的比模量，在反复驱动循环时更加坚固。玻璃纤维的使用也为将印刷电路板直接集成到机器人骨架中提供了可能。

                                              • MEDIC微型机器人与身体支撑爬

                                              • (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设备。