A Lightweight, High-Extension, Planar 3-Degree-of-Freedom Manipulator Using Pinched Bistable Tapes

要約

遠隔環境や制約された環境でのセンシングと物理的インタラクションを容易にするために、高拡張性の軽量ロボット マニピュレータは、従来のシリアル チェーン マニピュレータよりも輸送が容易で、かなり遠くまで到達できます。
我々は、自動巻尺で一般的に使用される一対のスプール双安定テープを使用することにより、軽量かつ高伸長を達成する新しい平面 3 自由度マニピュレータを提案します。これらのテープは互いに挟まれて再構成可能な回転ジョイントを形成します。
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挟む動作によってテープが平らになり、局所的な屈曲領域が生成され、その結果、ケーブルの張力と挟み込み機構の摩擦駆動の動きによってテープ上の位置によって方向を変えることができる回転ジョイントが形成されます。
このマニピュレータの設計、実装、運動学的モデリング、回転ジョイントの剛性挙動、および準静的パフォーマンスを紹介します。
特に、自由空間内の指定されたターゲットに到達するマニピュレーターの能力、さまざまな方向の 2D ターゲットに到達する能力、およびエンドエフェクターの角度または静止屈曲点を維持しながら他方を変更する能力を実証します。
この研究の長期的な目標は、マニピュレータを無人航空機と統合して、より有能な空中操作を可能にすることです。

要約(オリジナル)

To facilitate sensing and physical interaction in remote and/or constrained environments, high-extension, lightweight robot manipulators are easier to transport and reach substantially further than traditional serial chain manipulators. We propose a novel planar 3-degree-of-freedom manipulator that achieves low weight and high extension through the use of a pair of spooling bistable tapes, commonly used in self-retracting tape measures, which are pinched together to form a reconfigurable revolute joint. The pinching action flattens the tapes to produce a localized bending region, resulting in a revolute joint that can change its orientation by cable tension and its location on the tapes though friction-driven movement of the pinching mechanism. We present the design, implementation, kinematic modeling, stiffness behavior of the revolute joint, and quasi-static performance of this manipulator. In particular, we demonstrate the ability of the manipulator to reach specified targets in free space, reach a 2D target with various orientations, and maintain an end-effector angle or stationary bending point while changing the other. The long-term goal of this work is to integrate the manipulator with an unmanned aerial vehicle to enable more capable aerial manipulation.

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