Mechanics of fiber reinforced soft manipulators based on inhomogeneous Cosserat rod theory

要約

本研究では、ソフトマニピュレーターをモデル化するために、不均質なコセラ棒理論を導入し、従来の均質な棒と比較している。非一様性は、ロッドの構成則の一部として圧力作動を考慮することで対処され、結果として中立軸をシフトさせることになる。3つの平行な繊維強化アクチュエータを持つソフトマニピュレータについて、このシフトを調査した。さらに、繊維強化アクチュエータを非線形連続体力学でモデル化し、軸方向の変形に対する半径方向の圧力の効果を抽出し、Cosseratモデルと組み合わせている。最後に、提案されたモデルを解くためにいくつかの数値計算方法を採用し、一連の実験によって検証する。

要約(オリジナル)

In this study, an inhomogeneous Cosserat rod theory is introduced and compared to the conventional homogeneous rod for modeling soft manipulators. The inhomogeneity is addressed by considering the pressure actuation as part of the rod’s constitutive laws, resulting in shifting the neutral axis. This shift is investigated for a soft manipulator with three parallel fiber-reinforced actuators. Furthermore, a fiber-reinforced actuator is modeled using nonlinear continuum mechanics to extract the effect of radial pressure on axial deformation and is combined with Cosserat model. Finally, several numerical methods are employed to solve the proposed model and validated by a series of experiments.

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