Piezoelectric Soft Robot Inchworm Motion by Tuning Ground Friction through Robot Shape: Quasi-Static Modeling and Experimental Validation

要約

圧電アクチュエータに基づく電気駆動のソフト ロボットは、複雑な環境でのコンパクトなフォーム ファクタと操作性を可能にする可能性があります。
これまでの研究のほとんどでは、単一の自由度を制御するために圧電アクチュエータが使用されていました。
この研究では、共通の金属箔に取り付けられた 5 つの独立した圧電アクチュエータの協調作動を使用して、厚さ 0.5 mm 未満のロボットにシャクトリムシにヒントを得た匍匐運動を実装しています。
この動きは、ロボットの形状による地面に対する摩擦の制御に基づいており、ロボットの一端 (形状に応じて) が静止摩擦によって地面に固定され、本体の残りの部分が伸縮します。
ロボットの形状、摩擦、変位を定量化するために、重力を含むロボット形状の完全な解析モデルが開発されます。
実験によるモデルの検証後、ロボットの 5 つのアクチュエータがシャクトリムシのような前進および後進運動のために集合的にシーケンス化されます。

要約(オリジナル)

Electrically-driven soft robots based on piezoelectric actuators may enable compact form factors and maneuverability in complex environments. In most prior work, piezoelectric actuators are used to control a single degree of freedom. In this work, the coordinated activation of five independent piezoelectric actuators, attached to a common metal foil, is used to implement inchworm-inspired crawling motion in a robot that is less than 0.5 mm thick. The motion is based on the control of its friction to the ground through the robot’s shape, in which one end of the robot (depending on its shape) is anchored to the ground by static friction, while the rest of its body expands or contracts. A complete analytical model of the robot shape, which includes gravity, is developed to quantify the robot shape, friction, and displacement. After validation of the model by experiments, the robot’s five actuators are collectively sequenced for inchworm-like forward and backward motion.

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