Hold ‘em and Fold ‘em: Towards Human-scale, Feedback-Controlled Soft Origami Robots

要約

ソフト ロボット工学で未開発の機能は固有受容フィードバック制御であり、ロボット本体のセンサーのみを使用してソフト アクチュエータを感知および制御できます。
さらに、ソフト アクチュエータは、使用されている非常に柔軟な材料により、人間規模の負荷をサポートできないことがよくあります。
フィードバック制御と、大きな負荷（500 N など）下で作動する能力の両方を開発することは、ソフト ロボット工学を日常のアプリケーションに導入するために必要な重要な能力です。
この研究では、ヒューマン スケールの負荷の制御と作動に向けて、次の重要な要素を独自に実証します。
そして、開ループ構成で人の体重の下でこれらの折り紙折り紙ロボットを作動させます。
どちらのデモンストレーションでも、アクチュエータは内部流体圧力によって制御されます。
ロボット上にパターン化された静電容量センサーは位置推定を提供し、フィードバック コントローラーへの入力として機能します。
二乗平均平方根誤差 (RMSE) が 4 mm 未満で、段階的な設定値と正弦波軌道に従う際の単一アクチュエータの位置制御を実証します。
また、高さ、ロール、ピッチを変化させるプラットフォームを備えた開ループ制御システムに 3 つのアクチュエーターを結合することにより、「折り紙のバランス ボード」として人間スケールのロボット工学に向けたアクチュエーターの可能性を紹介します。
この研究は、入力としての視覚追跡を使用しない閉ループフィードバック位置制御と、人の体重を支えることができる軽量のソフトアクチュエータを実証することにより、ソフトロボティクスの分野に貢献します。
ビデオ、CAD ファイル、ROS コードを含むプロジェクト リポジトリは、https://parses-lab.github.io/kresling_control で入手できます。

要約(オリジナル)

An underdeveloped capability in soft robotics is proprioceptive feedback control, where soft actuators can be sensed and controlled using only sensors on the robot’s body. Additionally, soft actuators are often unable to support human-scale loads due to the extremely compliant materials in use. Developing both feedback control and the ability to actuate under large loads (e.g. 500 N) are key capacities required to move soft robotics into everyday applications. In this work, we independently demonstrate these key factors towards controlling and actuating human-scale loads: proprioceptive (embodied) feedback control of a soft, pneumatically-actuated origami robot; and actuation of these origami origami robots under a person’s weight in an open-loop configuration. In both demonstrations, the actuators are controlled by internal fluidic pressure. Capacitive sensors patterned onto the robot provide position estimation and serve as input to a feedback controller. We demonstrate position control of a single actuator during stepped setpoints and sinusoidal trajectory following, with root mean square error (RMSE) below 4 mm. We also showcase the actuator’s potential towards human-scale robotics as an ‘origami balance board’ by joining three actuators into an open-loop controlled system with a platform that varies its height, roll, and pitch. This work contributes to the field of soft robotics by demonstrating closed-loop feedback position control without visual tracking as an input and lightweight, soft actuators that can support a person’s weight. The project repository, including videos, CAD files, and ROS code, is available at https://parses-lab.github.io/kresling_control.

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