仿壁虎软体机器人的制造、控制与性能评估

该技术采用软体机器人工具包制造出受壁虎启发的软体机器人，可通过通用气动控制箱进行操控。使用软体攀爬机器人可实现多种应用，这些应用对机器设备提出了较高要求，例如太阳能反射镜或摩天大楼外墙的清洁。

基本上，任何其他软体机器人均可通过此方法制造，并可在任何气动系统中通过控制器箱进行操作。执行器的制造主要依靠手工完成，需要一定的练习，不要期望第一次尝试就能完美成功。

制备弹性体时，将五克弹性体B组分和45克A组分按每台驱动器的用量加入置于天平上的杯子中。搅拌杯内物质，直至杯壁边缘无可见的白色或红色区域。然后将杯子放入真空室中抽真空15分钟，以去除搅拌过程中混入弹性体中的空气。

将压铸弹性体装入一个50毫升的注射器中。将基底部件的制造过程中，首先用带有两个对应孔的夹具将丙烯酸玻璃板固定在模具上，并将注射器插入下方的孔中。按下活塞，将弹性体注入腿部或躯干模具中。

当化合物从上方孔洞露出时，松开螺丝夹具，将亚克力玻璃板从模具上横向抽出。使用锋利工具刺破任何上浮的气泡，然后添加额外的弹性体。

再次刺破产生的气泡，并将模具放入65摄氏度的烘箱中。30分钟后从烘箱中取出模具，使用切割刀去除挤出的弹性体。将杠杆插入模具片之间，以打开模具而不损坏成型表面，并从模具中取出近乎完整的执行器部件。

如果浇铸成功，使用切割刀去除任何突出的条带。制作吸盘和躯干底部部件时，遵循相同的步骤，但无需使用额外的丙烯酸玻璃板。制作腿部下部时，将硅胶管穿过模具底部的孔洞，并用弹性体填充模具。

然后使用小刮刀将弹性体分散至模具的各个角落，并将模具放入烘箱中固化15至20分钟。当铸件底部冷却后，在底部模具中倒入新鲜的弹性体，使其液面高出已固化的弹性体1至1.5毫米，并将蝶形针插入基底铸件中。标记穿刺部位以便后续识别，然后将上基座放入底部模具中，并轻轻按压两侧使其浸入弹性体液体中。

在烤箱中放置10至15分钟后，从模具中取出驱动器，并利用穿刺部位将装置连接至压力源，以进行最终的泄漏测试。制造躯干时，将弹性体填充到底部部件中，并将基座部件放入底部部件内。准备肢体连接面时，用弹性体覆盖连接面，并使用大头针将待连接的部件固定在木板上。

固化后，将带有连接针的吸盘与躯干上的腿部相连，确保所有部件处于同一平面，然后继续组装10至15分钟。使用1毫米的内六角扳手扩大插入点，将直径不超过3毫米的硅胶管末端套在插入孔上。用扳手将管子压入孔中，并用少量弹性体密封入口。

然后将组装件放入烘箱中再固化10分钟。搭建整个系统时，将供气管连接至所有驱动器的入口。将嵌入腿部的供气管与吸盘连接，并使用针头将标记物固定在机器人上。

将机器人连接至控制箱，并将最大压力为1.2 bar的气压源和真空源连接至控制箱。进行攀爬实验时，将机器人放置于行走平面的起始位置并开始记录。按下功能一以启动压力控制器，使机器人行走并攀爬至少六个周期。

按下录制按钮以停止录制，并确保在停止压力控制器时机器人不会跌倒。然后按功能一以停止压力控制器。必须尽可能使校准程序接近实际运行条件。

改变行走平面的倾角时，运行条件也会随之变化。因此，必须针对每个倾角重新校准压力角度曲线。在此分析中完成重新校准后，机器人不仅速度更快，而且在能耗更低的情况下能够攀爬更陡的斜坡。

在这些图像中，展示了机器人在 48 度倾角下的运动情况。如图所示，在重新校准后，机器人攀爬性能显著提升，因为在相同时间间隔内位置的移动距离几乎增大了一倍。正如我们在吸盘中所观察到的，这种制造方法可以生产出多种复杂的形状。

即使是带有倒扣结构的部件也要连接。在组装各个部件时，确保它们位于同一平面内至关重要，否则机器人的攀爬能力将显著下降。该机器人是研究新型运动策略的一个有趣平台。

例如，该机器人可以通过多种截然不同的方式运行曲线。