A Soft Continuum Robot with Self-Controllable Variable Curvature

要約

この論文では、SCoReSと呼ばれる新しいタイプのソフト連続体ロボットを紹介する。SCoReSは、外力や機械要素を必要とする、あるいはロック機構やセグメントの数によって曲率が変化する離散的な従来の設計とは対照的に、セグメントレベルで曲率を連続的に自己制御できる。外的要因から独立した連続的な制御が可能な可変曲率を持つことで、ソフト連続体ロボットは、制約のある環境においてより適応的なものとなる。これは、例えば象の体幹やダチョウの首など、自然界で観察されるような複数の曲率を持つロボットに似ている。この目的のために、我々のソフト連続体ロボットは、微粒子粒状ジャミングに基づく可変剛性成長スパインを利用して、再構成可能な可変曲率を初めて可能にした。本論文では、提案するロボットの設計について詳述し、梁理論とFEAシミュレーションによるモデリングを紹介する。そして、ロボットの多様な曲げプロファイルを実験により探求し、異なる形状で果物を把持するアプリケーションを実証する。

要約(オリジナル)

This paper introduces a new type of soft continuum robot, called SCoReS, which is capable of self-controlling continuously its curvature at the segment level; in contrast to previous designs which either require external forces or machine elements, or whose variable curvature capabilities are discrete — depending on the number of locking mechanisms and segments. The ability to have a variable curvature, whose control is continuous and independent from external factors, makes a soft continuum robot more adaptive in constrained environments, similar to what is observed in nature in the elephant’s trunk or ostrich’s neck for instance which exhibit multiple curvatures. To this end, our soft continuum robot enables reconfigurable variable curvatures utilizing a variable stiffness growing spine based on micro-particle granular jamming for the first time. We detail the design of the proposed robot, presenting its modeling through beam theory and FEA simulation — which is validated through experiments. The robot’s versatile bending profiles are then explored in experiments and an application to grasp fruits at different configurations is demonstrated.

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