Configuration and Fabrication of Preformed Vine Robots

要約

つる型ロボットは、ソフトな連続体ロボットの一種で、先端が反転することで成長し、環境からの反力に頼らずに先端を動かすことができるロボットです。布や薄く柔軟なプラスチックなどの柔軟な素材で構成され、流体圧を利用して元の長さの何倍にも成長させることができるロボットです。このロボットは、展開前に体の構造を変えることで、成長中に希望する経路をたどるように機械的にプログラム／予備形成することができる。本論文では、離散的な曲げを持つツル型ロボットを事前に製作するためのモデルを紹介する。このモデルは、3つの製作方法と2つの材料の組み合わせに適用される。1つの製作方法は、ロボット本体に折り目を付けるもので、文献に掲載されているものである。他の2つの方法は、折り目を溶接する方法とロボット本体に埋め込まれたファスナーを接続する方法であり、新規の方法である。計測の結果、出来上がったツル型ロボットは思い通りの軌道を描くことができ、製作方法が大きく影響することがわかりました。曲げ角度は0.12度の誤差、セグメントの長さは0.36mmの誤差という結果が得られています。また、これらの加工済みつる巻きロボットの必要な成長圧力と平均成長速度は、それぞれ11.5～23.7kPAと3.75～10cm/sであった。これらの結果は、既知の経路に沿って展開するための予備成形されたツル型ロボットの使用を検証し、タスクの特定のニーズに基づいて製作方法と材料の組み合わせを選択するためのガイドとなるものである。

要約(オリジナル)

Vine robots are a class of soft continuum robots that grow via tip eversion, allowing them to move their tip without relying on reaction forces from the environment. Constructed from compliant materials such as fabric and thin, flexible plastic, these robots are able to grow many times their original length with the use of fluidic pressure. They can be mechanically programmed/preformed to follow a desired path during growth by changing the structure of their body prior to deployment. We present a model for fabricating preformed vine robots with discrete bends. We apply this model across combinations of three fabrication methods and two materials. One fabrication method, taping folds into the robot body, is from the literature. The other two methods, welding folds and connecting fasteners embedded in the robot body, are novel. Measurements show the ability of the resulting vine robots to follow a desired path and show that fabrication method has a significant impact. Results include bend angles with as little as 0.12 degrees of error, and segment lengths with as low as 0.36 mm of error. The required growth pressure and average growth speed of these preformed vine robots ranged from 11.5 to 23.7kPA and 3.75 to 10 cm/s, respectively. These results validate the use of preformed vine robots for deployment along known paths, and serve as a guide for choosing a fabrication method and material combination based on the specific needs of the task.

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