宾夕法尼亚大学开发了一种可变刚度的折叠机器人它可以无限长时间连续运动

原来的标题：宾夕法尼亚大学开发了一个可变刚度的折叠机器人，它可以连续移动无限的时间！

柔性机器人近年来发展迅速。然而，柔性材料的高阻尼和高疲劳特性限制了柔性机器人的使用寿命。持续动态运动对于大多数柔性机器人来说仍然遥不可及。用于杂耍、跳跃和小跑

折纸艺术大家都熟悉，通过折叠纸片可以创造出让人叹为观止的艺术品。折纸机器人有望解决上述挑战，实现重复的动态运动。最近，宾夕法尼亚大学的研究人员受到启发，发明了一种智能“柔软”的弹簧折叠机器人。该机器人的名字叫REBO，通过折纸波纹管图案的几何设计实现了弹性轴向顺应性，从而降低材料重量并减少能量损失。

研究小组设计了波纹管的折叠模式。根据图案折叠可以产生类似弹簧的结构。是折叠后每层的侧面和底面之间的锥角，REBO致动器的刚度可以通过设计和锥角的大小来控制。

在一定范围内，锥角越大，执行器的刚度越强。当锥角为45时，致动器的最大刚度为750纳米-1。在此基础上，研究团队设计了双层结构。透明外层按照相同的图案折叠起来以包围它。经过压缩试验，证明双层结构作动器的刚度是单层结构的两倍。

REBO的机器人平台由四部分组成：(a)三个双层REBO致动器(b) DC电机模块和3D印刷滑轮系统(c)力传感器系统(d)用于集成传感和控制的微处理器。三个REBO致动器安装并固定在顶部和底部丙烯酸板之间。钢绳穿过执行机构的结构通孔，一端固定在顶板上，另一端固定在安装在电机上的滑轮上。旋转电机压缩或拉长致动器，致动器线性运动的速度极限由电机决定。力传感器放置在顶板(球拍)上，以检测球何时接触顶板。

REBO的杂耍球被限制在球拍上的管子里，只能垂直移动。为了使球弹得更高，每次击球后，REBO将迅速回到预压缩位置，等待下一次击球。这是因为在动力学中，击球后放松的球拍将大大减少球的总能量，所以额外的能量必须预载到等待的弹簧REBO中，以执行在每次击球时保持击球所需的工作。

研究团队将REBO的杂耍过程分为“飞行”和“命中”。在“飞行”模式下，发射的球可被视为失重状态。球被发射后，REBO很快回到了它的预压缩位置。当球触发球拍上的力传感器，系统进入“击球”模式时，球跟随压缩弹簧REBO，整个系统可视为弹簧上的质量。REBO的弹性能量被转移到球上。当REBO的长度不再压缩时，“引人注目”的模式就结束了。然后力传感器报告球已经被提起，马达已经重新接合腱，并且系统再次进入“飞行”模式。REBO的预压缩位置越低，它储存的能量就越大。在“击打”模式下，预压缩力越大，可以向球内注入更多的能量，这可以使球反弹得更高。

除了打小球之外，REBO还可以被颠倒过来，变成一个弹跳的机器人。

总结与展望

轻质可变形REBO结构具有可控刚度的弹性，在数千次射击中的重复疲劳损失非常小，范围从010到59000。此外，由于通过改变几何参数，REBO的刚度仅可改变一个数量级，因此即使在所有不同的设计中依赖单一的整体材料，也可调整机械输出功率以适应各种应用。这证明了高度可重复的渐近循环系统的稳定性。