軟體機器人跳躍動力學研究：基于突然屈曲驅(qū)動的半球形彈性殼分析

軟體機器人是由柔順機構構成的集成功能結構，其應用覆蓋手術、醫(yī)療、監(jiān)測乃至行星探測等多個工業(yè)領域。其中極具潛力的移動機制之一是突然屈曲（snap-buckling）—— 柔性結構從一種平衡狀態(tài)過渡到另一種平衡狀態(tài)時的失穩(wěn)模式，可瞬時產(chǎn)生大動力驅(qū)動運動。然而，即便對于簡單幾何形狀，預測其性能仍需拆解材料非線性、幾何非線性與接觸效應的耦合作用，至今仍是開放性挑戰(zhàn)。

在此，我們以突然屈曲驅(qū)動的半球形彈性殼為軟體跳躍機構的模型系統(tǒng)，結合實驗、仿真與解析理論展開跳躍動力學研究。通過構建與殼體彈性理論吻合的解析預測模型，我們發(fā)現(xiàn)接觸過渡動力學是觸發(fā)突然屈曲跳躍現(xiàn)象的關鍵機制，相關結論與實驗和仿真結果高度一致。

盡管殼體幾何簡單，其動力學性能卻主要依賴彈性、幾何與接觸摩擦間的復雜相互作用。通過闡明經(jīng)歷大變形的軟體機器人基礎構造單元的動力學特性，我們得以建立具有預測能力的實驗與數(shù)值框架。本研究為無需經(jīng)驗方法、直接針對載荷條件或結構需求設計軟體機器人鋪平了道路。

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