MUSBRIC: LEGO-Compatible Pneumatic Muscle Bricks for Reconfigurable Musculoskeletal Robots
作者: Qiyao Wang, Yinglei Zhu, Liang Zhou, Wenzhe Gong, Xin-Jun Liu, Huichan Zhao
分类: cs.RO
发布日期: 2026-10-29
备注: 6 figures. Qiyao Wang and Yinglei Zhu contributed equally to this work
💡 一句话要点
提出MUSBRIC以实现可重构的肌肉骨骼机器人
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 肌肉骨骼机器人 模块化设计 气动人工肌肉 LEGO兼容 可重构系统 机器人原型 开源硬件 MuJoCo模拟
📋 核心要点
- 现有的肌肉骨骼机器人在探索不同配置时需要重复制造，导致效率低下和资源浪费。
- MUSBRIC通过模块化硬件和LEGO兼容的设计，使得气动人工肌肉可以作为可重用的插拔式组件，简化了配置的探索过程。
- 实验验证了MUSBRIC在负载依赖的屈伸和多关节构造方面的有效性，展示了其在实际应用中的潜力。
📝 摘要（中文）
肌肉骨骼机器人结合了柔性驱动器与关节骨架，但探索不同配置往往需要重复制造。我们提出了MUSBRIC，一个模块化硬件平台及其基于MuJoCo的模拟器，用于可重构的肌肉骨骼机器人。兼容LEGO的端盖将增强纤维的气动人工肌肉转变为可重用的插拔式肌肉砖，直接连接到标准LEGO组件。实验确定的驱动器行为支持相应的肌肉骨骼模拟。一个肘关节原型验证了负载依赖的屈伸，展示了滑轮引导的布线使得运动可逆，并且机械止动器稳定了直立姿态。一个机器人手展示了柔性抓取和多关节构造。匹配的硬件和模拟跨越15种腿部配置，展示了附件几何的系统探索，而由四条腿组装的四足机器人展示了行走能力。这些演示涵盖了机制分析、配置探索和功能机器人构建，形成了一个单一的可重构系统。硬件设计和模拟代码将很快以开源形式发布，以促进复制和进一步开发。
🔬 方法详解
问题定义：本论文旨在解决肌肉骨骼机器人在探索不同配置时的高制造成本和低效率问题。现有方法往往需要重复制造，限制了设计的灵活性和创新性。
核心思路：MUSBRIC的核心思路是通过模块化设计和LEGO兼容的接口，将气动人工肌肉转变为可重用的肌肉砖，从而实现快速的配置重构和实验验证。
技术框架：整体架构包括模块化硬件平台、LEGO兼容的连接组件和基于MuJoCo的模拟器。主要模块包括气动肌肉驱动器、关节连接和控制系统，支持多种配置的快速搭建与测试。
关键创新：MUSBRIC的关键创新在于将气动人工肌肉与LEGO系统结合，形成可插拔的肌肉砖，显著提高了配置的灵活性和实验的便捷性。这一设计与传统的固定结构方法形成了鲜明对比。
关键设计：在设计中，气动肌肉的增强纤维结构和LEGO端盖的结合是关键，确保了肌肉砖的稳定性和可重复使用性。此外，滑轮引导的布线设计使得运动可逆，并通过机械止动器实现姿态稳定。实验中，驱动器的行为通过实验数据进行了验证，为后续的肌肉骨骼模拟提供了支持。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，MUSBRIC在负载依赖的屈伸和多关节构造方面表现出色，肘关节原型成功实现了可逆运动，且通过机械止动器稳定了姿态。四足机器人成功展示了行走能力，验证了系统的有效性和灵活性。
🎯 应用场景
MUSBRIC的研究成果在教育、机器人研究和原型开发等领域具有广泛的应用潜力。其模块化和可重构的特性使得研究人员和学生能够快速构建和测试不同的机器人配置，从而加速机器人技术的发展。此外，开源的硬件设计和模拟代码将促进社区的合作与创新。
📄 摘要（原文）
Musculoskeletal robots combine compliant actuators with articulated skeletons, but exploring alternative configurations often requires repeated fabrication. We present MUSBRIC, a modular hardware platform and accompanying MuJoCo-based simulator for reconfigurable musculoskeletal robots. LEGO-compatible endcaps turn fiber-reinforced extensile pneumatic artificial muscles into reusable, plug-and-play muscle bricks that connect directly to standard LEGO components. Experimentally identified actuator behavior supports corresponding musculoskeletal simulations. An elbow-joint prototype validates load-dependent flexion and extension, showing that pulley-guided routing enables reversible motion and a mechanical stop stabilizes the straight posture. A robotic hand demonstrates compliant grasping and multi-joint construction. Matched hardware and simulation sweeps across 15 leg configurations demonstrate systematic exploration of attachment geometry, while a quadruped assembled from four legs demonstrates walking. Together, these demonstrations span mechanism analysis, configuration exploration, and functional robot construction within a single reconfigurable system. The hardware designs and simulation code will be released as open source soon to facilitate reproduction and further development.