High-speed electrical connector assembly by structured compliance in a finray-effect gripper

要約

電気コネクタの挿入などの精密な組み立て作業には、公差が厳しく、コンポーネントが敏感であるため、挿入方向に十分な力を加えながら、理想的には高速でさまざまなコンポーネントをつかみながら、位置合わせ誤差を補正する必要があります。
視覚、触覚、または力センサーは位置合わせエラーを補正できますが、帯域幅が限られているため、安全な組み立て速度が制限されます。
シリコーンベースのフィンガーなどの受動的コンプライアンスは、衝突力を軽減し、さまざまなコンポーネントを把握できますが、多くの場合、必要な精度や組み立て力を提供できません。
高速の機械的検索と自動位置合わせ挿入をサポートするために、この論文では、把持対象物のすぐ近くで適度な構造化されたコンプライアンスを実現するモノリシック積層造形フィンガーを提案します。
フィンレイ効果フィンガーの形状は、フォーム閉鎖機能を追加し、挿入力を加えるための高い剛性と位置合わせをサポートするための低い横方向の剛性を備えた、方向依存性の剛性を指先で実現するように適合されています。
フィンガの設計パラメータと機械的特性は、FEM と実証研究によって調査され、剛性、最大荷重、粘弾性効果が分析されます。
フィンガーは、リブの角度に依存することが示されているコンプライアンスの遠隔中心と、14 ～ 36 ドルの方向剛性比を実現します。
フィンガーはプラグ挿入タスクに適用され、$7.5$ mm の許容範囲と $1.3$ m/s のアプローチ速度を実現します。

要約(オリジナル)

Fine assembly tasks such as electrical connector insertion have tight tolerances and sensitive components, requiring compensation of alignment errors while applying sufficient force in the insertion direction, ideally at high speeds and while grasping a range of components. Vision, tactile, or force sensors can compensate alignment errors, but have limited bandwidth, limiting the safe assembly speed. Passive compliance such as silicone-based fingers can reduce collision forces and grasp a range of components, but often cannot provide the accuracy or assembly forces required. To support high-speed mechanical search and self-aligning insertion, this paper proposes monolithic additively manufactured fingers which realize a moderate, structured compliance directly proximal to the gripped object. The geometry of finray-effect fingers are adapted to add form-closure features and realize a directionally-dependent stiffness at the fingertip, with a high stiffness to apply insertion forces and lower transverse stiffness to support alignment. Design parameters and mechanical properties of the fingers are investigated with FEM and empirical studies, analyzing the stiffness, maximum load, and viscoelastic effects. The fingers realize a remote center of compliance, which is shown to depend on the rib angle, and a directional stiffness ratio of $14-36$. The fingers are applied to a plug insertion task, realizing a tolerance window of $7.5$ mm and approach speeds of $1.3$ m/s.

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