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 (更新: 2026-10-30)
备注: 6 figures. Qiyao Wang and Yinglei Zhu contributed equally to this work. Improved HTML rendering of Figure 1; scientific content unchanged
💡 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 机器人手 四足机器人 开源硬件
📋 核心要点
- 现有的肌肉骨骼机器人在探索不同配置时面临重复制造的挑战，限制了其灵活性和效率。
- MUSBRIC通过模块化设计和LEGO兼容的肌肉砖，实现了可重构的肌肉骨骼机器人，简化了配置和组装过程。
- 实验结果表明，MUSBRIC能够有效支持多种腿部配置的探索，并成功演示了机器人手的抓取和四足行走能力。
📝 摘要（中文）
肌肉骨骼机器人结合了柔性驱动器与关节骨架，但探索替代配置通常需要重复制造。本文提出了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的端盖将纤维增强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。通过实验识别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，显示出滑轮引导的布线能够实现可逆运动，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。匹配的硬件和模拟在15种腿部配置中进行了系统探索，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，以促进复现和进一步开发。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决肌肉骨骼机器人在探索不同配置时需要重复制造的问题，导致灵活性不足和效率低下。
核心思路：MUSBRIC的核心思路是通过模块化的硬件设计和LEGO兼容的肌肉砖，提供一种可重构的解决方案，使得不同配置的组装变得更加简单和高效。
技术框架：MUSBRIC的整体架构包括模块化的气动人工肌肉、LEGO兼容的连接端盖和基于MuJoCo的模拟器。硬件部分负责实际的运动和抓取，模拟器则用于验证和优化设计。
关键创新：MUSBRIC的主要创新在于将气动人工肌肉与LEGO系统结合，使得肌肉砖可以方便地插拔和重组。这种设计与传统的固定结构相比，极大地提高了灵活性和可重用性。
关键设计：在设计中，气动肌肉的性能通过实验进行识别，确保其在不同负载下的屈伸行为能够被准确模拟。此外，滑轮引导的布线设计和机械止动器的使用也是关键技术细节，确保了运动的可逆性和稳定性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，MUSBRIC在15种腿部配置中实现了系统性的探索，成功演示了一个四足机器人行走的能力。肘关节原型验证了负载依赖的屈伸，展示了滑轮引导布线的有效性，提供了可逆运动和稳定姿态的支持。
🎯 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。其模块化设计和开源特性使得研究人员和爱好者能够快速构建和测试新的机器人配置，推动了机器人技术的创新和发展。
📄 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.