Design and Analysis of a Bio-Inspired Wire-Driven Multi-Section Flexible Robot

机器人 计算机科学 工作区 常曲率 运动学 杠杆(统计) 曲率 模拟 蛇臂机器人 人工智能 机器人运动学 移动机器人 物理 几何学 数学 经典力学
作者
Zheng Li,Ruxu Du
出处
期刊:International Journal of Advanced Robotic Systems [SAGE Publishing]
卷期号:10 (4) 被引量:174
标识
DOI:10.5772/56025
摘要

This paper presents a bio-inspired wire-driven multi-section flexible robot. It is inspired by the snake skeleton and octopus arm muscle arrangements. The robot consists of three sections and each section is made up of several identical vertebras, which are articulated by both spherical joints and a flexible backbone. Each section is driven by two groups of wires, controlling the bending motion in X and Y directions. This design integrates the serpentine robots' structure and the continuum robots' actuation. As a result, it is more compact than traditional serpentine robots and has a higher positioning accuracy than typical continuum soft robots, such as OctArm V. A Kinematics model and a workspace model of the robot are developed based on the piece wise constant curvature assumption. To evaluate the design, a prototype is built and experiments are carried out. The average distal end positioning error is less than 4%. Characteristics of the wire-driven robot are also discussed, including the leverage effect and the manipulability under constraint. These features makes the proposed robot well suited to confined spaces, especially for working in minimally invasive surgery, nuclear reactor pipelines, disaster debris, etc.
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