Modular Self-Lock Origami: design, modeling, and simulation to improve the performance of a rotational joint

要約

折り紙構造は、多くの潜在的な利点があるため、ロボット工学において広く研究されてきました。
折り紙ロボットは非常にコンパクトであるだけでなく、安価で効率的に生産できます。
特に、最新の製造技術を使用してフラットな形式で構築できます。
回転運動はロボット工学にとって不可欠であり、さまざまな折り紙の回転関節が文献で提案されています。
ただし、ほぼ平らに折りたためるものはほとんどありません。
平らな折り紙の回転ジョイントを可能にする可能性のあるものの 1 つは、折り紙の折り目を作動させる軽量の空気圧ポーチを組み込むことです。
ただし、パウチアクチュエータは比較的少量の回転変位のみを可能にします。
以前に提案された Four-Vertex Origami は、パウチ アクチュエータの角度乗数を提供する平らに折りたためる構造ですが、縮退状態に悩まされます。
本稿では、平坦折り可能性の仮定をわずかに緩和することでこの縮退を解消した、新しい剛体折り紙であるセルフロック折り紙を紹介します。
このジョイントは、角度乗数と機械的利点の間のトレードオフの観点から分析されます。
さらに、セルフロック折り紙はモジュール式ジョイントであり、類似または異なるジョイントに接続して、さまざまな用途に合わせて複雑な動きを生み出すことができます。
概念実証として、3 つの異なるマニピュレーター設計が導入されています。

要約(オリジナル)

Origami structures have been widely explored in robotics due to their many potential advantages. Origami robots can be very compact, as well as cheap and efficient to produce. In particular, they can be constructed in a flat format using modern manufacturing techniques. Rotational motion is essential for robotics, and a variety of origami rotational joints have been proposed in the literature. However, few of these are even approximately flat-foldable. One potential enabler of flat origami rotational joints is the inclusion of lightweight pneumatic pouches which actuate the origami’s folds; however, pouch actuators only enable a relatively small amount of rotational displacement. The previously proposed Four-Vertex Origami is a flat-foldable structure which provides an angular multiplier for a pouch actuator, but suffers from a degenerate state. This paper presents a novel rigid origami, the Self-Lock Origami, which eliminates this degeneracy by slightly relaxing the assumption of flat-foldability. This joint is analysed in terms of a trade-off between the angular multiplier and the mechanical advantage. Furthermore, the Self-Lock Origami is a modular joint which can be connected to similar or different joints to produce complex movements for various applications; three different manipulator designs are introduced as a proof of concept.

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