Contributions to the mechatronics design engineering of zoomorphic mobile robots bio-inspired by arthropods and caterpillars

Abstract

This thesis presents the engineering design of mechatronic systems, emphasizing on zoomorphic robots inspired by arthropods—organisms renowned for their biomechanical features. The research encompasses a comprehensive state-of-the-art, observational studies, and the development of novel computational methodologies. The objectives are threefold: (i) to conduct a systematic review of arthropod-inspired robots, classified taxonomically and categorized by morphology, degrees of freedom, actuation mechanisms, modularity, and environmental adaptability; (ii) to standardize the mechanical configuration of kinematic chains of caterpillars through a geometric algorithm derived from experimental observations; and (iii) to develop the kinematic and dynamic analyses to simulate the behavior of bioinspired robotic caterpillar during inching-locomotion, resulting in actuator selection. This work highlights “arthrobotics” as an interdisciplinary field integrating arthropod biomechanics with robotics, fostering innovative methodologies for biomechatronic design with applications spanning industrial assembly tasks and planetary exploration.

Esta tesis presenta el diseño de ingeniería de sistemas mecatrónicos, centrado en robots zoomórficos inspirados en artrópodos, organismos reconocidos por sus características biomecánicas. La investigación abarca el estado del arte, estudios observacionales y creación de nuevas metodologías computacionales. Los objetivos son: (i) realizar una revisión sistemática de robots inspirados en artrópodos, clasificados taxonómicamente y categorizados por morfología, grados de libertad, mecanismos de actuación, modularidad y adaptabilidad ambiental; (ii) estandarizar la configuración mecánica de las cadenas cinemáticas de orugas a través de un algoritmo geométrico derivado de observaciones experimentales; y (iii) desarrollar análisis cinemáticos y dinámicos para simular el comportamiento de la oruga robótica bioinspirada durante su locomoción, resultando en la selección actuadores. Este trabajo destaca la “artrobótica” como un campo interdisciplinario que fusiona la biomecánica de los artrópodos con la robótica, inspirando nuevas metodologías para el diseño de sistemas biomecatrónicos con aplicaciones en tareas de ensamblaje industrial y exploración planetaria.