Morphing MILR: Design and control of a cable-driven limbless robot with rolling joints for maneuvering in complex environments
作者: Donoven Dortilus, Tianyu Wang, Galen Tunnicliffe, Matthew Fernandez, Daniel I. Goldman
分类: cs.RO
发布日期: 2026-07-22
💡 一句话要点
提出可重构的无肢机器人以解决复杂环境中的灵活运动问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 无肢机器人 电缆驱动 合规性 运动模式 复杂环境 搜索与救援 环境监测
📋 核心要点
- 现有无肢机器人通常依赖固定的身体配置，限制了其在多样化环境中的适应能力。
- 本文提出了一种电缆驱动的无肢机器人，通过重新配置身体形态和合规性，实现多种运动模式。
- 实验结果显示，该机器人在复杂环境中能够可靠地生成步态，并在不同运动模式间顺畅过渡。
📝 摘要（中文）
无肢机器人因其纤细的身体和利用身体与地形相互作用的能力，在狭窄和杂乱的环境中展现出卓越的机动性。现有设计虽然具备合规性，能够实现稳健的运动，但通常依赖固定的身体配置，限制了其在不同运动模式或环境中的适应性。为了解决这一挑战，本文提出了一种可通过电缆驱动的无肢机器人，能够重新配置身体形态和合规性，从而实现多样化的运动模式。实验结果表明，该平台能够在障碍丰富的环境中可靠地生成步态，并在不同模式之间平滑过渡，展示了其在搜索与救援、环境监测和检查等领域的潜在应用。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决无肢机器人在复杂环境中灵活运动的挑战，现有方法通常依赖固定形态，难以适应多样化的运动需求。
核心思路：提出了一种可重构的电缆驱动无肢机器人，通过分布式电缆驱动和可编程的被动合规性，实现多种运动模式的切换，增强了机器人的适应性和灵活性。
技术框架：该系统包括电缆驱动模块、可编程合规性模块和滚动关节设计。电缆驱动生成行进波，合规性模块支持无高带宽反馈的稳健接触运动，滚动关节则实现快速的形态重构。
关键创新：最重要的创新在于结合了可编程的弯曲合规性和形态控制，使得机器人能够在单一系统中实现侧向波动、侧滑、滚动和扭转等多种运动模式。
关键设计：机器人设计中采用了分布式电缆驱动和滚动关节，后者能够重新定向身体的弯曲平面，并通过齿轮锁定机制保持配置，避免持续供电的需求。整体设计强调了合规性与形态的动态调整。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，该无肢机器人能够在障碍物丰富的环境中成功生成多种步态，并在不同运动模式之间实现平滑过渡，展示了其在复杂环境中的可靠性和灵活性。这一平台的设计使得其在多种应用场景中具有显著的优势。
🎯 应用场景
该研究的无肢机器人在搜索与救援、环境监测和检查等领域具有广泛的应用潜力。其灵活的运动能力使其能够在复杂和障碍丰富的环境中高效导航，提供了新的解决方案来应对传统机器人难以克服的挑战。
📄 摘要（原文）
Limbless robots offer exceptional mobility in confined and cluttered environments due to their slender bodies and their ability to exploit body-terrain interactions. Recent designs incorporating compliance demonstrate robust locomotion without complex sensing or control; however, these systems typically rely on fixed body configurations, with each morphology specialized for a single locomotion mode or environment. This raises a key challenge: how can a single limbless robot achieve versatile locomotion while preserving the robustness of compliance-mediated locomotion? To address this challenge, we present a cable-driven limbless robot that reconfigures body morphology and compliance to enable diverse locomotion modes. Distributed cable actuation generates traveling body waves, while programmable passive compliance enables robust contact-rich locomotion without terrain knowledge or high-bandwidth feedback. Rolling joints reorient bending planes along the body, enabling rapid reconfiguration and smooth transitions between locomotion styles, and incorporate geared locking to maintain configuration without continuous power. By combining programmable bending compliance and morphology control, the platform achieves lateral undulation, sidewinding, rolling, and twisting within a single system. Experiments demonstrate reliable gait generation, traversal in obstacle-rich environments, and transitions between modes, establishing a versatile limbless platform for navigating complex environments with applications in search and rescue, environmental monitoring, and inspection.