Robot grimpeur souple à pieds magnétiques pour la locomotion multimodale

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 8377 (2023) Citer cet article

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Les robots d’inspection qui peuvent être utilisés pour inspecter des structures artificielles ont un potentiel important pour les applications industrielles, mais les robots mous existants ne sont pas bien adaptés à l’exploration de structures métalliques complexes avec de nombreux obstacles. Cet article propose un robot d’escalade souple bien adapté à de telles conditions, car le robot utilise des pieds avec une adhérence magnétique contrôlable. Il utilise des actionneurs gonflables souples pour contrôler cette adhérence ainsi que la déformation du corps. Le robot proposé se compose d’un corps de robot qui peut se plier et s’allonger, de pieds de robot qui peuvent adhérer magnétiquement à la surface métallique et de s’en détacher, et de joints de rotation reliant chaque pied au corps pour donner au robot une flexibilité supplémentaire. Il combine des actionneurs souples d’extension pour la déformation du corps et des actionneurs linéaires contractiles pour les pieds du robot, et le robot peut produire des déformations complexes du corps qui lui permettent de surmonter une variété de scénarios. Les capacités du robot proposé ont été vérifiées grâce à la mise en œuvre de trois scénarios sur des surfaces métalliques : ramper, grimper et passer d’une surface à l’autre. Les robots pourraient ramper ou grimper de manière presque interchangeable, pourraient passer de et de surfaces horizontales à des surfaces verticales ascendantes ou descendantes.

Les structures d’acier sont utilisées dans divers domaines industriels allant des installations de génie civil aux équipements spécialisés et aux véhicules tels que les grues portiques, les conteneurs, les ponts, les véhicules ferroviaires et les gros engins de construction. Les contrôles de sécurité et les travaux d’entretien de ces structures dépendent actuellement entièrement de la main-d’œuvre, mais ces structures sont souvent très grandes et composées d’un assemblage complexe de jambes de force ou de panneaux assemblés. Ces caractéristiques rendent l’inspection de ces structures longue, fastidieuse et peut causer des blessures au travailleur par des mouvements répétés ou des chutes. Pour ces raisons, différents types de robots d’inspection ont été développés pour ces types de structures1,2.

Différents types de robots rigides ont été développés qui peuvent adhérer à diverses surfaces en utilisant différentes méthodes de fixation. Des méthodes d’escalade murale pour les robots d’escalade de murs à quatre pattes ont été développées grâce à l’utilisation d’aimants, de crochets, de structures inspirées du gecko et de coussinets d’adhérence humides3,4,5,6,7. Des approches pour les robots à quatre roues capables d’adhérer aux murs ont été développées à l’aide de ventilateurs de conduits électriques ou d’aimants pendant que les roues déplacent le robot8,9. Des robots rampants utilisant des chenilles avec différents mécanismes d’adhérence ont été utilisés, tels que des aimants ou des ventouses capables d’effectuer des mouvements avancés tels que se déplacer du sol au mur et surmonter des obstacles10,11,12. Il a été démontré que des robots biomimétiques ressemblant à des chenilles dotés de mécanismes similaires ont une capacité remarquable à surmonter les obstacles13,14. Les robots équipés de systèmes de détection embarqués et de batteries ont démontré leur capacité à analyser la fatigue et les fissures sur les ponts15,16. Cependant, ces robots utilisant des moteurs et des mécanismes rigides sont encombrants et manquent de flexibilité, de sorte qu’ils sont limités à fonctionner dans des environnements très ouverts tels que des surfaces régulières et continues avec de grands dégagements et peu d’obstacles.

Les robots mous sont intrinsèquement conformes en raison des matériaux mous à partir desquels ils sont composés, et cette conformité leur permet d’être hautement adaptables à leur environnement17,18. Des robots biomimétiques vers et vers de pouce utilisant la friction pour la locomotion rampante ont été développés19,20,21,22. Mais ceux-ci ne se sont pas montrés capables d’escalader les murs. Ils peuvent être modifiés pour l’escalade de tuyaux en utilisant des pieds qui s’enroulent autour de la section extérieure du tuyau pour produire une force de préhension23,24,25,26, et à travers l’intérieur des tuyaux en élargissant leurs pieds pour créer une friction avec le tuyau27,28,29. Les pieds des robots biomimétiques utilisant des allures inspirées des gecko et des vers peuvent être remplacés par des ventouses pour augmenter l’adhérence et permettre l’escalade de surfaces verticales telles que les murs30,31,32. L’utilisation de cintres segmentés et omnidirectionnels a permis la transition entre le sol et le mur33,34, mais cela n’a pas été démontré pour la transition vers les murs à angle droit vers le bas par rapport au sol. Un problème potentiel avec l’utilisation de ventouses pour l’adhérence est qu’elles ne fonctionnent que sur des surfaces planes et non texturées, ce qui limite considérablement leur application dans des scénarios réels. Des robots adhésifs électrostatiques à chenilles ont été développés comme alternative35,36,37, mais ils nécessitent des tensions élevées pour un fonctionnement qui peut ne pas être sûr dans un environnement industriel.

Cet article propose un robot grimpeur utilisant l’adhérence magnétique et utilisant des actionneurs gonflables souples pour contrôler l’adhérence magnétique des pieds et déformer le corps. Cela permet au robot de fonctionner facilement sur des surfaces magnétiques et de passer d’une surface perpendiculaire à l’autre. Le corps du robot se compose d’un mécanisme de ciseaux déformable capable d’être déformé linéairement, horizontalement et verticalement, et il utilise des actionneurs souples d’extension avec une configuration initiale en zigzag pour produire des forces d’extension pour entraîner la déformation du corps du robot. Il a également des articulations de rotation à chaque extrémité du corps pour augmenter l’amplitude de mouvement du robot. La conception et l’assemblage du robot sont montrés, suivis d’une évaluation des performances des différents éléments du robot. Enfin, les capacités du robot à ramper, à grimper et à faire la transition entre les surfaces perpendiculaires sont démontrées.

Un robot souple rampant avec des pieds magnétiques est proposé dans ce travail où des actionneurs gonflables souples sont utilisés pour déformer le corps et contrôler l’adhérence magnétique des pieds du robot (Fig. 1a). Le robot se compose d’un corps de robot plié, de pieds magnétiques et d’articulations rotatives reliant chaque pied au corps pour donner une flexibilité supplémentaire au mouvement du corps lors de la transition entre les surfaces. Le corps peut se plier de manière bidirectionnelle, se contracter et s’étendre, et il est responsable des mouvements de rampement et de rotation. Les joints rotatifs sont utilisés spécifiquement pour la transition entre les surfaces telles qu’entre le sol et un mur. La particularité de ce robot rampant est sa capacité à se fixer et à se détacher magnétiquement des surfaces magnétiques à l’aide d’actionneurs gonflables souples.

a) Conception du robot composée de deux pieds, de deux joints rotatifs et d’un corps de robot, b) assemblage d’un pied magnétique, c) assemblage d’un joint rotatif et d) assemblage d’un corps de robot.

Chaque pied de robot se compose de deux surfaces situées dans le même plan où l’une est fixe et l’autre peut se déformer autour de son centre à travers des charnières vivantes (Fig. 1b). Les aimants sont situés sur la surface déformable et l’adhérence se produit lorsque les deux surfaces sont le long du même plan. La rotation de la surface contenant les aimants provoque le détachement des aimants du sol et la perte d’adhérence des pieds. Une structure de support rigide est utilisée pour relier les pieds à l’articulation rotative et des moteurs de poche sont utilisés pour détacher les aimants du sol38,39. Ces moteurs de poche sont fabriqués à partir d’un textile technique en nylon recouvert de polyuréthane thermoplastique (TPU) qui est scellé à l’aide d’un scellant à impulsion. Trois aimants en néodyme sont fixés à gauche et à droite de la surface de pliage de chaque pied pour un total de six aimants par pied. Les aimants sont des aimants permanents qui ont une puissance magnétique de 5000 Gauss et sont suffisants pour maintenir l’adhérence du robot aux surfaces magnétiques dans différentes orientations.

Les articulations de rotation reliant les pieds au corps sont constituées d’une articulation à un seul degré de liberté (DOF) avec un axe de rotation rigide qui peut tourner dans le sens vertical (Fig. 1c). L’actionnement de ce joint est réalisé par la pressurisation d’actionneurs souples d’extension installés entre l’articulation et le corps. Bien que le corps puisse se plier dans le même sens que l’articulation, le corps produit une déformation de flexion lisse et plutôt limitée tandis que les joints de rotation produisent une déformation autour d’un axe défini à chaque extrémité du robot. Ce mouvement est nécessaire pour que les extrémités du robot aient la capacité de rechercher des points d’adhérence tout en maintenant l’adhérence des pieds du robot lors de la transition entre les surfaces perpendiculaires.

Le corps du robot se compose d’un mécanisme de ciseaux flexible avec des actionneurs souples d’extension utilisés pour produire la contraction et l’extension du mécanisme de ciseaux (Fig. 1d). Les mécanismes à ciseaux sont généralement utilisés pour produire des déformations linéaires rigides le long d’un seul axe, mais le mécanisme à ciseaux utilisé dans le robot est fabriqué à partir de pièces en TPU imprimées en 3D dont la flexibilité permet au mécanisme de se plier latéralement dans les directions horizontale et verticale. Les actionneurs souples d’extension sont positionnés sur chacun des quatre côtés du mécanisme de sorte que les actionneurs sur les parties supérieure et inférieure du robot plient le robot dans la direction opposée, et ceux sur les côtés du robot font plier le robot vers les actionneurs pressurisés. L’extension du corps est causée par l’actionnement simultané des actionneurs supérieur et inférieur, et sa contraction par actionnement simultané des actionneurs latéraux.

Comme mentionné précédemment, la déformation du mécanisme de ciseaux et des joints de rotation est réalisée grâce à des actionneurs souples d’extension qui consistent en deux tubes gonflables placés des deux côtés d’une structure flexible en forme de zigzag. Les tubes gonflables sont fabriqués à partir du même matériau que le moteur de poche et la structure flexible en forme de zigzag est faite du même matériau TPU que le mécanisme à ciseaux. Les tubes gonflables sont initialement pliés suivant la forme de la structure flexible en forme de zigzag et se gonflent en position droite lors de la pressurisation, ce qui produit une force importante entre les deux extrémités de l’actionneur. Le dégonflement des tubes fait que la structure flexible repousse les tubes dans leur position d’origine.

Le contrôle pneumatique des actionneurs est effectué à l’aide d’un contrôleur temps réel (CompactRIO, NI), de deux régulateurs électropneumatiques (ITV2030, SMC) avec huit canaux pneumatiques chacun et d’une pompe pneumatique externe pour fournir la pression d’air (Fig. 1e). Dix des seize canaux sont utilisés pour contrôler le robot où deux sont utilisés pour le pied avant et arrière, quatre pour les actionneurs d’extension supérieur et inférieur du pied avant et arrière, deux pour les actionneurs d’extension supérieur et inférieur du corps et deux pour les actionneurs d’extension gauche et droit du corps.

Le processus de fixation et de détachement des pieds magnétiques de la surface de contact est nécessaire pour produire la locomotion basée sur l’ancrage typique des robots chenilles. Les pieds adhèrent aux surfaces ferromagnétiques à l’aide des aimants permanents situés sur chaque pied et des moteurs de poche sont utilisés pour détacher la surface contenant les aimants de la surface de contact. Lorsqu’ils sont gonflés, les moteurs de poche se dilatent latéralement et se contractent sur toute leur longueur tout en produisant une force qui fait tourner les extrémités libres de la surface inférieure contenant les aimants (Fig. 2a). Une fois détachés de la surface ferromagnétique, les aimants ne produisent qu’une faible force magnétique. Lorsque les moteurs de poche sont dépressurisés, la surface inférieure contenant les aimants se déplie vers la surface ferromagnétique en raison de la force produite par les aimants.

a) Déformation des pieds pour l’essai d’adhérence, et b) résultats de l’essai de force d’adhérence pour les pieds à différents angles de surface magnétique.

La force adhésive du pied du robot à différents angles a été mesurée en faisant varier l’angle de surface magnétique à l’aide d’un limiteur d’angle physique et en actionnant les moteurs de poche. Ensuite, l’ensemble du pied est tiré de la surface magnétique à l’aide d’une machine d’essai de traction linéaire (ESM-750, MARK-10) équipée d’un forcemètre de 100 N (M5-20, MARK-10) et d’une vitesse linéaire de 40 mm / min. Une force de 36 N est nécessaire pour détacher les pieds lorsque la surface magnétique est à un angle de 0° (Fig. 2b). La modification de l’angle de surface magnétique, même légèrement, réduit considérablement la force d’adhérence qui se réduit à 5,42 N à un angle de 5° et à 1,76 N à un angle de 20°. Cette force est suffisante pour maintenir les pieds sur des surfaces non horizontales tout en leur permettant de glisser le long de la surface tandis que l’autre pied reste dans une position fixe.

La déformation du corps du robot se produit par le gonflage des actionneurs souples d’extension. Ces actionneurs souples sont constitués de deux tubes gonflables placés des deux côtés d’une structure déformable en forme de zigzag qui se déploie lors de la pressurisation des tubes (Fig. 3a). Trois dimensions de ces actionneurs sont utilisées dans le robot et les différentes dimensions et emplacements où ils sont utilisés sont indiqués dans le tableau 1. La déformation d’extension à partir de l’équilibre des différents actionneurs a été testée sans aucune charge utile à l’aide d’un marqueur avec le déplacement enregistré à l’aide d’un dispositif de suivi de mouvement (Optitrack, V120:Trio). Toutes les dimensions présentaient une déformation importante, même à des pressions de 20 kPa, puis une légère augmentation lorsque la pression est portée à 120 kPa (fig. 3b). Les tubes deviennent simultanément droits, ce qui augmente leur longueur le long de l’axe de l’actionneur et rétrécit le long de la longueur du tube en raison de l’arrondi de leur structure. Ainsi, on a constaté que les actionneurs avec des tubes plus larges s’étendaient moins que ceux avec des tubes plus minces car les tubes plus larges rétrécissaient le long de leur longueur en raison de l’arrondi plus prononcé de leur structure. De plus, par rapport aux actionneurs de 20 mm de large, les actionneurs d’une largeur de 15 mm présentent une plage d’erreur nettement plus grande, en particulier à des pressions plus basses. C’est parce que la pression commence à déformer le squelette qui résiste à l’expansion et peut provoquer des déformations latérales entraînant des variations plus importantes dans la première partie de la déformation. Le comportement de la force par rapport au déplacement de chaque dimension de l’actionneur a été mesuré à partir de leur point d’équilibre respectif (Fig. 3c), et les actionneurs ont produit une force relativement stable tout au long du mouvement. Les actionneurs plus larges ont pu produire une force de crête plus élevée pour la même longueur d’actionneur, tandis que les actionneurs plus longs ont produit une force légèrement inférieure à celle des plus courts en raison de la déformation latérale plus facile des tubes.

a) Déplacement de l’actionneur souple d’extension, b) la déformation d’extension en fonction de la pression pour différentes dimensions de l’actionneur, et c) la force par rapport à la déformation pour différentes dimensions de l’actionneur à une pression de 120 kPa.

Le mécanisme de ciseaux flexible en combinaison avec les actionneurs souples d’extension est ce qui permet la déformation du robot. La locomotion rampante vers l’avant dans la direction horizontale ou verticale est obtenue en étendant et en contractant alternativement le corps. L’extension du corps est obtenue en pressurisant simultanément les actionneurs souples d’extension supérieur et inférieur pour étendre le corps du robot avec les actionneurs latéraux dépressurisés, et la contraction du corps en pressurisant les actionneurs latéraux avec les actionneurs supérieurs et inférieurs dépressurisés.

La flexion latérale du corps est obtenue en pressurisant les actionneurs du côté vers lequel le robot est fait pour se plier. En position horizontale, l’angle entre les deux extrémités des robots a été mesuré pour différentes valeurs de pressions dans les actionneurs (Fig. 4a). On peut voir que l’angle change relativement linéairement avec une augmentation de la pression car le corps du robot offre une résistance qui augmente avec son déplacement (Fig. 4b,c). La flexion verticale du corps est obtenue en pressurisant les actionneurs du côté opposé vers lequel le robot est amené à se plier (Fig. 4d). Tout d’abord, le robot a été fait pour se plier vers le haut à partir de la position horizontale en gonflant les actionneurs inférieurs (Fig. 4e). Dans ce cas, une pression suffisante est nécessaire pour soulever l’extrémité libre du robot et elle atteint un angle de 78° à une pression de 120 kPa. La flexion vers le bas peut être effectuée uniquement par gravité, mais les actionneurs supérieurs peuvent être utilisés pour produire une forme arrondie qui peut aider à dégager les coins lors de la transition entre des surfaces parallèles. L’angle maximal atteint en se penchant vers le bas est de 102° à une pression de 120 kPa (Fig. 4f). Une certaine erreur de déformation angulaire peut être observée pour la plupart des résultats, probablement causée par le frottement dans le corps, les non-linéarités de l’actionneur lui-même et les non-linéarités générales du mécanisme de ciseaux déformable du corps du robot. Les valeurs d’angle des expériences précédentes ont été mesurées à l’aide de marqueurs sur le corps et les pieds et à l’aide de fonctions trigonométriques pour extraire l’angle à l’aide d’un dispositif de suivi de mouvement (Optitrack, V120: Trio).

a) Amplitude de mouvement latérale du robot lorsqu’il est placé dans le plan horizontal. Angle de flexion en fonction de la pression du corps du robot lorsque (b) se plie vers la gauche et (c) se penche vers la droite. (d) Amplitude de mouvement du robot dans le plan vertical, (e) angle de flexion en fonction de la pression lors de la flexion vers le haut et (f) vers le bas.

Les articulations rotatives reliant le corps aux pieds peuvent produire une déformation concentrée à chaque extrémité du robot (Fig. 5a). Cette articulation contient des actionneurs d’extension supérieurs et inférieurs situés sur les parties supérieure et inférieure de l’articulation. La rotation du joint vers le haut nécessite la pressurisation de l’actionneur inférieur et le joint est initialement à un angle négatif par rapport à l’horizontale lorsque les actionneurs ne sont pas pressurisés. L’angle de l’articulation a été mesuré à l’aide d’un marqueur et d’un dispositif de suivi de mouvement, comme précédemment. La pressurisation de l’actionneur inférieur permet au joint d’atteindre son angle maximal vers le haut de 38° à une pression de 120 kPa (Fig. 5b). Dans ce cas, il existe une plage d’erreur particulièrement importante de 60 à 80 kPa, ce qui est dû aux non-linéarités de l’actionneur utilisé dans le joint. Cet angle maximal est dû à la limite mécanique de la conception du joint. La rotation vers le bas nécessite de pressuriser l’actionneur supérieur et le joint dans cette direction peut atteindre un angle de -55° à une pression de 120 kPa (Fig. 5c). Cette amplitude de mouvement est suffisante pour aider le robot à surmonter un large éventail d’obstacles.

(a) Déformation du joint rotatif, (b) angle de rotation par rapport à la pression lors de la rotation vers le haut et (c) vers le bas.

Le robot proposé est capable de ramper horizontalement, de grimper verticalement et de passer d’une surface horizontale à une surface perpendiculaire vers le haut ou vers le bas. Le robot utilise un mode de locomotion rampant à deux ancres et, en ancrant magnétiquement l’un de ses pieds, peut déformer le corps dans n’importe quelle direction. Comme le corps est suffisamment rigide pour l’empêcher de se déformer sous son propre poids, la locomotion rampante est la même, qu’il rampe sur une surface plane ou sur un mur. Ainsi, ramper horizontalement ou verticalement se fait en ancrant le pied arrière, en élargissant le corps, en ancrant le pied avant, en contractant le corps et en répétant ce processus (Fig. 6a).

a) Les étapes de la locomotion rampante ou ascendante, b) les étapes de transition d’une surface horizontale à une surface verticale ascendante, et c) les étapes de transition d’une surface horizontale à une surface verticale descendante.

Le transfert entre une surface horizontale et une surface perpendiculaire vers le haut implique que le robot rampe près du bord de transition entre les surfaces avec le corps contracté, ancre le pied arrière et utilise une combinaison des articulations de rotation et des déformations du mécanisme à ciseaux flexibles pour étendre le corps et amener le pied avant perpendiculaire à la deuxième surface, des cycles supplémentaires d’extension et de contraction peuvent alors être nécessaires avant de pouvoir ancrer les deux pieds sur la deuxième surface (Fig. 6b). Les cycles supplémentaires de contraction et d’extension peuvent être nécessaires car la foulée du robot est inférieure à la longueur du corps et un seul cycle n’est pas suffisant pour amener toute la longueur du robot sur la deuxième surface. Le transfert entre une surface horizontale et une surface perpendiculaire vers le bas implique un processus très similaire à celui de la surface ascendante (Fig. 6c). Des cycles d’ancrage du pied arrière, d’extension du corps, d’ancrage du pied avant et de contraction du corps sont utilisés pour déplacer les pieds vers l’avant à chaque cycle jusqu’à ce que les deux pieds puissent passer sur la surface verticale (vidéo supplémentaire 1).

Tout d’abord, la capacité de locomotion rampante du robot proposé a été testée sur une surface plane où l’extension du corps a été réalisée en pressurisant simultanément les actionneurs d’extension supérieur et inférieur (Fig. 7a). Pour ce scénario, le moteur de poche utilisé pour détacher les pieds utilisait une pression de 20 kPa et les actionneurs souples d’extension utilisés pour le mécanisme de contraction et de gonflage du corps utilisaient une pression de 120 kPa. La longueur de foulée du robot était de 8,14 cm, ce qui correspond à 27,1% de la longueur du corps par foulée, et la vitesse moyenne du robot était de 5,31 mm/s (Fig. 7b). Il serait possible d’ajuster la longueur de foulée du robot en utilisant une pression plus basse pour produire des déplacements précis du robot et un débit plus élevé entrant et sortant des actionneurs pourrait être utilisé pour augmenter encore la vitesse du robot.

a) Schémas de pression et b) mouvement pendant la locomotion rampante. c) Schémas de pression et d) mouvement pendant la locomotion d’escalade.

Le scénario de locomotion ascendante a été mis en œuvre dans l’axe vertical avec la gravité agissant le long du robot. Des pressions similaires ont été utilisées comme dans le scénario de rampement horizontal, mais le moment de l’actionnement de l’extension du corps a été modifié de sorte que les actionneurs supérieurs du corps du robot se déploient en premier pour maintenir le contact avec la surface (Fig. 7c). Le déplacement moyen par foulée était d’environ 8,08 cm (Fig. 7d), ce qui est légèrement inférieur à celui de la locomotion rampante horizontale. Cela est dû à la gravité qui agit contre l’extension du robot. La locomotion rampante et l’escalade ont également été testées dans des conditions humides (vidéo supplémentaire 2).

Le robot peut passer d’un plan horizontal à un plan vertical à un angle perpendiculaire en utilisant le processus détaillé précédemment (Fig. 8a). Des pressions de 80 kPa sont utilisées dans les joints de rotation près des pieds arrière et avant pour plier les extrémités du robot, des pressions de 120 kPa sont utilisées dans les actionneurs situés au bas du corps du robot pour arquer le corps vers le haut et des pressions de 120 kPa sont utilisées pour la contraction et l’extension du corps du robot. Il est à noter que seuls les actionneurs situés au bas du corps du robot sont utilisés pour l’extension du corps, et que ceux-ci sont dégonflés lors de la pression des actionneurs sur le côté du corps du robot pendant la contraction. Au cours de la première étape, le pied arrière du corps du robot est fixé et le pied avant est soulevé de la surface. Au total, 6 cycles ont été nécessaires pour pouvoir faire passer les deux pieds sur la paroi verticale. La transition inverse se fait en suivant la série inverse d’étapes en utilisant un total de 4 cycles (Fig. 8b).

Démonstration de la transition de (a) le sol à un mur vertical ascendant, et (b) la transition opposée.

Le robot peut passer d’un plan vertical à une plaque horizontale située au-dessus (Fig. 9a). Tout d’abord, l’avant du corps est déplacé sur la surface perpendiculaire en détachant le pied avant, en étendant le corps, en pliant l’articulation du pied avant et en attachant l’avant. Ensuite, les étapes de détachement du pied arrière, de contraction du corps, de fixation du pied arrière, de détachement du pied avant et d’extension du corps sont répétées jusqu’à ce que le pied arrière soit proche du bord. À ce stade, l’étape de contraction suivante peut être utilisée pour amener le pied arrière sur la surface horizontale afin de terminer la transition. Pendant la transition, les actionneurs supérieurs du corps du robot sont utilisés pour l’extension du corps du robot afin de maintenir les pieds attachés au sol malgré la force du coin de la surface. Des pressions similaires à celles de l’essai précédent ont été utilisées. Au total, 9 cycles ont été nécessaires pour faire la transition entre les deux surfaces. La transition inverse se fait en suivant la série inverse d’étapes en utilisant un total de 11 cycles (Fig. 9b).

Démonstration de la transition de (a) une paroi verticale à une surface horizontale au-dessus du robot, et (b) la transition inverse.

Cet article proposait un robot d’escalade utilisant l’adhérence magnétique et utilisant des actionneurs gonflables souples pour contrôler l’adhérence magnétique des pieds et déformer le corps. Cela permet au robot de produire des transitions de surface multimodales entre des surfaces métalliques. Le robot proposé peut ajuster la force adhésive des pieds à l’aide de moteurs de poche afin d’attacher et de détacher les pieds tandis que le corps du robot peut se plier horizontalement et verticalement ainsi que se contracter et s’étendre. Des articulations supplémentaires sont situées entre les pieds et le corps pour permettre au robot de passer plus facilement d’une surface à l’autre.

Les capacités du robot proposé ont été vérifiées par la démonstration de trois scénarios: ramper, grimper et passer d’une surface à l’autre. Le robot était capable de grimper avec presque la même longueur de foulée que lorsqu’il rampait horizontalement. Le robot a dû répéter plusieurs cycles de contraction et d’extension pour transférer entre les surfaces. La partie la plus facile de cette transition a été le passage d’une surface horizontale à une surface verticale ascendante, ce qui a nécessité 6 cycles. Le passage d’une surface horizontale à une surface verticale descendante a pris le plus de cycles avec un total de 11. Un corps de robot avec une longueur de foulée plus élevée sera nécessaire pour permettre des transitions plus rapides entre les surfaces.

Le robot proposé est destiné à fonctionner uniquement sur des surfaces métalliques. Cela signifie que le robot n’est pas affecté de manière significative par l’état de surface et peut exercer de fortes forces adhésives si le type de surface approprié est rencontré. Les travaux futurs se concentreront sur l’intégration d’actionneurs de plus grand diamètre avec une course plus élevée pour utiliser des pressions plus basses dans le corps du robot et sur l’intégration d’un système pneumatique pour une application non attachée.

Les ensembles de données générés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l’auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Ce travail a été soutenu par la subvention de la Fondation nationale de la recherche de Corée (NRF) financée par le gouvernement coréen (ministère des Sciences, des TIC et de la Planification future) (n ° 2020R1A4A1018227 et n ° 2021R1A2C4001792).

École de génie mécanique, Université Sungkyunkwan, Suwon, 16419, République de Corée

Parc Gijun & Hugo Rodrigue

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G.P. a mené toutes les expériences et préparé toutes les figures, G.P. et H.R. ont écrit et révisé le manuscrit, G.P. et H.R. ont proposé l’idée de recherche originale, H.R. a supervisé la recherche et a obtenu un financement pour la recherche.

Correspondance avec Hugo Rodrigue.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Park, G., Rodrigue, H. Robot d’escalade souple avec pieds magnétiques pour la locomotion multimodale. Sci Rep 13, 8377 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35667-7

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Reçu: 18 août 2022

Acceptée: 18 mai 2023

Publication : 24 mai 2023

DEUX : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35667-7

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