The ability to convert reciprocating, i.e., alternating, actuation into rotary motion using linkages is hindered fundamentally by their poor torque transmission capability around kinematic singularity configurations. Here, we harness the elastic potential energy of a linear spring attached to the coupler link of four-bar mechanisms to manipulate force transmission around the kinematic singularities. We developed a theoretical model to explore the parameter space for proper force transmission in slider-crank and rocker-crank four-bar kinematics. Finally, we verified the proposed model and methodology by building and testing a macro-scale prototype of a slider-crank mechanism. We expect this approach to enable the development of small-scale rotary engines and robotic devices with closed kinematic chains dealing with serial kinematic singularities, such as linkages and parallel manipulators.

通过提供超出人为局限性的环境，机器人是空间探索的关键仪器。跳跃机器人概念是有吸引力的谈判复杂地形的解决方案。然而，在克服的工程挑战中，能够持续运行的跳跃机器人概念，机械故障模式的减少是最基本的。本研究提出开发跳跃机器人，重点是减少机制维护的最小致动。我们介绍了Sarrus式连杆的合成，以限制系统在不使用典型的同步齿轮的情况下对系统进行三种翻译程度。我们将目前的研究界定到垂直固体跳跃，以评估基本主驱动轴的性能。实验室示威者有助于转移理论概念和方法。实验室示威者进行了63％的动能转换效率的跳跃，理论最大为73％。令人满意的运行开辟了朝向太空勘探跳跃机器人平台的发展的设计优化和方向跳跃能力。

我们通过在轮子上的光加权外骨骼提出了一个用于低体积受损的用户的个人移动装置。在其核心上，一种新型的被动外骨骼提供姿势过渡，利用自然身体姿势，该姿势在静坐的静止和静坐（STS）过渡时，通过单个气体弹簧作为储能单元，通过支撑架上的躯干。我们通过双轮线系统提出膝盖和髋关节的方向依赖性耦合，从躯干运动转移到膝关节致动器处的力矩负载来平衡躯干运动。在这里，外骨骼最大化能量转移和用户运动的自然。我们介绍了一个体现的用户界面，用于通过躯干压力感测通过躯干压力感测，导致平均$ 19 ^ {\ rIC} \ PM 13 ^ {\ rIC} $上六个未受害的用户。我们评估了11月11日未受害的用户在过渡期间观察动作和肌肉活动的STS帮助的设计。结果比较辅助和无归档的STS转型验证了涉及的肌肉群体的显着减少（高达68美元\％$ 5,01.01 $）。此外，我们通过自然躯干倾斜运动来显示它是可行的$ + 12 ^ {\ riC} \ pm 6.5 ^ {\ circ} $和$ - 13.7 ^ {\ rIC} \ pm 6.1 ^ {\ riC} $ staity和分别坐着。被动灾害迁移援助保证进一步努力提高其适用性和扩大用户人口。

Snakes and their bio-inspired robot counterparts have demonstrated locomotion on a wide range of terrains. However, dynamic vertical climbing is one locomotion strategy that has received little attention in the existing snake robotics literature. We demonstrate a new scansorial gait and robot inspired by the locomotion of the Pacific Lamprey. This new gait allows a robot to steer while climbing on flat, near-vertical surfaces. A reduced-order model is developed and used to explore the relationship between body actuation and vertical and lateral motions of the robot. Trident, the new wall climbing lamprey-inspired robot, demonstrates dynamic climbing on flat vertical surfaces with a peak net vertical stride displacement of 4.1 cm per step. Actuating at 1.3 Hz, Trident attains a vertical climbing speed of 4.8 cm/s (0.09 Bl/s) at specific resistance of 8.3. Trident can also traverse laterally at 9 cm/s (0.17 Bl/s). Moreover, Trident is able to make 14\% longer strides than the Pacific Lamprey when climbing vertically. The computational and experimental results demonstrate that a lamprey-inspired climbing gait coupled with appropriate attachment is a useful climbing strategy for snake robots climbing near vertical surfaces with limited push points.

改变表面型材的能力允许生物系统有效地操纵并混合到周围环境中。目前的表面变形技术依赖于具有少量固定状态或直接驱动整个系统。我们发现了一个独立于级别的辅助超材料的子集具有具有星形图结构的状态轨迹。在中央节点，小粗轨可以在轨迹之间移动材料，使我们能够局部换档泊松比，导致材料在加载下采用不同的形状。虽然可能的形状的数量呈指数呈指数呈尺寸，但随机地发现一个的概率是消失的。通过积极地通过节点点引导材料，我们生产不需要输入以维持形状的重新编程表面，并且可以在复杂的3D形状上显示任意的2D信息。我们的作品在微设备，触觉显示器，制造和机器人系统中开辟了新的机会。

Springs can provide force at zero net energy cost by recycling negative mechanical work to benefit motor-driven robots or spring-augmented humans. However, humans have limited force and range of motion, and motors have a limited ability to produce force. These limits constrain how much energy a conventional spring can store and, consequently, how much assistance a spring can provide. In this paper, we introduce an approach to accumulating negative work in assistive springs over several motion cycles. We show that, by utilizing a novel floating spring mechanism, the weight of a human or robot can be used to iteratively increase spring compression, irrespective of the potential energy stored by the spring. Decoupling the force required to compress a spring from the energy stored by a spring advances prior works, and could enable spring-driven robots and humans to perform physically demanding tasks without the use of large actuators.

Springs are efficient in storing and returning elastic potential energy but are unable to hold the energy they store in the absence of an external load. Lockable springs use clutches to hold elastic potential energy in the absence of an external load but have not yet been widely adopted in applications, partly because clutches introduce design complexity, reduce energy efficiency, and typically do not afford high-fidelity control over the energy stored by the spring. Here, we present the design of a novel lockable compression spring that uses a small capstan clutch to passively lock a mechanical spring. The capstan clutch can lock up to 1000 N force at any arbitrary deflection, unlock the spring in less than 10 ms with a control force less than 1 % of the maximal spring force, and provide an 80 % energy storage and return efficiency (comparable to a highly efficient electric motor operated at constant nominal speed). By retaining the form factor of a regular spring while providing high-fidelity locking capability even under large spring forces, the proposed design could facilitate the development of energy-efficient spring-based actuators and robots.

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

This study proposed a novel robotic gripper that can achieve grasping and infinite wrist twisting motions using a single actuator. The gripper is equipped with a differential gear mechanism that allows switching between the grasping and twisting motions according to the magnitude of the tip force applied to the finger. The grasping motion is activated when the tip force is below a set value, and the wrist twisting motion is activated when the tip force exceeds this value. "Twist grasping," a special grasping mode that allows the wrapping of a flexible thin object around the fingers of the gripper, can be achieved by the twisting motion. Twist grasping is effective for handling objects with flexible thin parts, such as laminated packaging pouches, that are difficult to grasp using conventional antipodal grasping. In this study, the gripper design is presented, and twist grasping is analyzed. The gripper performance is experimentally validated.

可穿戴机器人受到执行器表演的限制，因为它们必须承担自己的电力系统和能源的重量。本文探讨了利用混合模式通过使用液压阀动态重新配置静液压执行器的连接来利用混合模式以轻巧有效的系统来满足多个操作点的想法。分析的机会包括1）在高度齿轮电源或快速电源之间切换，2）动态连接能量蓄能器，3）使用锁定机制进行固定。基于膝盖外骨骼案例研究分析，结果表明，齿轮比之间的切换可以导致更轻，更有效的执行器。此外，结果表明，使用累加器提供预紧力的连续力具有巨大的质量潜力，但如果用作短瞬态的功率助推器，则不会显着降低质量。最后，如果工作周期频繁停止，使用锁定阀可以稍微降低电池质量。提出的多模式方案的操作原理用一氧化碳原型证明。

基于手势的界面通常用于实现更自然和直观的机器人遥气操作。然而，有时候，手势控制需要对用户造成显着疲劳的姿势或运动。在先前的用户学习中，我们证明了NA \“IVE用户可以在其武器展开时控制具有躯干运动的固定翼无人机。然而，这种姿势诱导了重要的手臂疲劳。在这项工作中，我们展示了一款被动臂支撑这补偿了手臂重量，平均扭矩误差小于0.005n / kg，超过0.005n / kg的受试者使用的运动范围的97％以上，因此平均降低肩部的肌肉疲劳。此外，这臂支持旨在将5百分位数的身体尺寸的用户融入第99百分位的男性。使用机械模型描述了臂支架的性能分析，并且其实现是用机械表征和用户学习验证的测量飞行性能，肩部肌肉活动和用户验收。

这项工作的目的是设计具有在3D环境中的移动性的机电二维机器人。设计的机器人共有六个驱动的自由度（DOF），每条腿都有两条DOF，位于臀部：一个用于绑架/内收，另一个用于大腿屈曲/延伸，以及膝盖的第三个用于胫骨屈曲的第三个DOF /延期。该机器人设计有点脚，以实现动态的欠压行走。机器人中的每个致动器包括DC齿轮电动机，用于定位测量的编码器，柔性接头以形成串联柔性致动器，以及反馈控制器，以确保轨迹跟踪。为了降低机器人的总质量，胫骨使用拓扑优化设计。由3D印刷部件制造所产生的设计，允许获得机器人的原型来验证致动器的选择。初步实验证实了机器人能够维持站立位置，让我们在动态控制和轨迹生成中绘制未来的工作，以进行周期性稳定行走。

人体中的微观机器人可以从超声波上收集能量，从而提供对自主行为​​的板载控制，例如测量和通信诊断信息以及精确输送药物。本文评估了使用活塞收集能量的微米大小机器人可用的声电。活塞上的声学衰减和粘性阻力是对可用功率的主要限制。大约100kHz的频率可以在皮肤上约10厘米的换能器内向低衰减组织中的机器人传递数百个Picowatt，但在高衰减组织（例如肺）中却少得多。但是，微观机器人的应用可能涉及如此之多，以至于机器人显着增加衰减，从而降低了体内深处的机器人的功率。本文描述了机器人如何共同管理何时和何时收获能量来减轻这种衰减，从而平均可以为每个机器人提供数十亿机器人。

我们探索粒状介质（GM）中软机器的运动，由细长杆的弹性变形产生。提出了由细菌的生理结构的低成本，迅速制造的机器人。它由刚性头部，带有电动机和电池的嵌入式和电池，以及多个弹性杆（我们的灯泡模型）来调查通用汽车的运动。弹性鞭毛在电机一端旋转，它们由于从GM的拖动而变形，推动机器人。外部拖动由鞭毛形状决定，而后者由于外部负载和弹力之间的竞争而改变。在该耦合的流体结构相互作用问题中，我们观察到增加鞭毛的数量可以减小或增加机器人的推进速度，这取决于系统的物理参数。这种简单机器人之间的功能关系中的这种非线性激励我们利用理论，数值模拟和实验来从根本上分析其力学。我们提出了一个简单的欧拉伯努利光束理论的分析框架，其能够定性地捕获这两种情况。当鞭毛变形小时，理论预测定量匹配实验。为了考虑经常在软机器人和微生物中遇到的几何非线性变形，我们实施了一种仿真框架，该框架包括弹性杆的离散微分几何形状模拟，这是一种基于电阻理论的拖曳模型，以及用于流体动力学的改进的斯托克斯法机器人头。与实验数据的比较表明模拟可以定量地预测机器人运动。总的来说，本文中提出的理论和数值工具可以在粒状或流体介质中的这类清晰的机器人的设计和控制来阐明。

意识到高性能软机器人抓手是具有挑战性的，因为软执行器和人造肌肉的固有局限性。尽管现有的软机器人抓手表现出可接受的性能，但他们的设计和制造仍然是一个空旷的问题。本文探索了扭曲的弦乐执行器（TSA），以驱动软机器人抓手。 TSA已被广泛用于众多机器人应用中，但它们包含在软机器人中是有限的。提议的抓手设计灵感来自人类手，四个手指和拇指。通过使用拮抗剂TSA，在手指中实现了可调刚度。手指的弯曲角度，驱动速度，阻塞力输出和刚度调整是实验表征的。抓手能够在Kapandji测试中获得6分，并且还可以达到33个Feix Grasp Grasp分类法中的31个。一项比较研究表明，与其他类似抓手相比，提出的抓手表现出等效或卓越的性能。

在本文中，我们提出了对传感器可观察性，传感器可操作性及其各自索引的新颖概念的初步定义和分析。目的是分析和评估分布式定向或基于轴向传感器的性能，以观察任务空间中的特定轴，这是串行机器人操纵器中关节配置的函数。例如，连接扭矩传感器通常用于串行机器人操纵器中，并被认为完全能够估算最终效应力，但是某些联合配置可能会导致一个或多个任务空间轴因接头扭矩传感器的方式而无法观察到一个或多个任务空间轴对齐。提出的传感器可观察性提供了一种分析当前机器人配置质量以观察任务空间的方法。另一方面，传感器的操纵性衡量了机器人增加或降低观察质量的能力，该观察质量类似于传统运动学操纵性测量的最终效应器位置可操作性。在串行机器人操纵器中特定的关节扭矩传感器的特定情况下，传感器可观察性和传统运动学雅各比式之间的相似之处。尽管可以从串行操纵器中的雅各布转置的运动学分析中检索类似的信息，但在分析非关节安装的传感器和其他传感器类型方面，传感器可观察性被证明更为普遍。此外，对雅各布转置的零空间分析易于虚假观察性奇异性。使用机器人百特的模拟和实验证明了在物理相互作用中保持适当的传感器可观察性的重要性。

平行操纵器的配置歧管比串行操纵器表现出更多的非线性。从定性上讲，它们可以看到额外的褶皱。通过将这种歧管投射到工程相关性的空间上，例如输出工作区或输入执行器空间，这些折叠式的边缘呈现出表现非滑动行为的边缘。例如，在五杆链接的全局工作空间边界内显示了几个局部工作空间边界，这些边界仅限于该机制的某些输出模式。当专门研究这些投影而不是配置歧管本身时，这种边界的存在在输入和输出投影中都表现出来。特别是，非对称平行操纵器的设计已被其输入和输出空间中的外来投影所困扰。在本文中，我们用半径图表示配置空间，然后通过使用同型延续来量化传输质量来解决每个边缘。然后，我们采用图路径计划器来近似于避免传输质量区域的配置点之间的大地测量。我们的方法会自动生成能够在非邻居输出模式之间过渡的路径，该运动涉及示波多个工作空间边界（局部，全局或两者）。我们将技术应用于两个非对称五杆示例，这些示例表明如何通过切换输出模式来选择工作空间的传输属性和其他特征。

拍打翅膀是一种生物启发的方法，可在空中机器人中产生升力和推动，从而导致安静有效的运动。该技术的优点是安全性和可操作性，以及与环境，人类和动物的物理互动。但是，为了实现大量应用，这些机器人必须栖息和土地。尽管最近在栖息场上取得了进展，但直到今天，拍打翼车辆或鸟类动物仍无法停止在分支上的飞行。在本文中，我们提出了一种新颖的方法，该方法定义了一个可以可靠和自主将鸟鸟类降落在分支上的过程。该方法描述了拍打飞行控制器的联合操作，近距离校正系统和被动爪附件。飞行由三重俯仰高空控制器和集成的车身电子设备处理，允许以3 m/s的速度栖息。近距离校正系统，具有快速的光学分支传感可补偿着陆时的位置错位。这是通过被动双向爪设计可以补充的，可以锁定和固定2 nm的扭矩，在25毫秒内掌握，并且由于集成的肌腱致动而可以重新打开。栖息的方法补充了四步实验开发过程，该过程为成功的设计优化。我们用700 g的鸟杆验证了这种方法，并演示了在分支上拍打翼机器人的第一次自主栖息飞行，结果用第二个机器人复制。这项工作为在远程任务，观察，操纵和室外飞行中应用翼机器人的应用铺平了道路。

In unstructured environments, robots run the risk of unexpected collisions. How well they react to these events is determined by how transparent they are to collisions. Transparency is affected by structural properties as well as sensing and control architectures. In this paper, we propose the collision reflex metric as a way to formally quantify transparency. It is defined as the total impulse transferred in collision, which determines the collision mitigation capabilities of a closed-loop robotic system taking into account structure, sensing, and control. We analyze the effect of motor scaling, stiffness, and configuration on the collision reflex of a system using an analytical model. Physical experiments using the move-until-touch behavior are conducted to compare the collision reflex of direct-drive and quasi-direct-drive actuators and robotic hands (Schunk WSG-50 and Dexterous DDHand.) For transparent systems, we see a counter-intuitive trend: the impulse may be lower at higher pre-impact velocities.

研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。