A Soft Continuum Robot with Self-Controllable Variable Curvature

要約

本稿では、SCoReSと呼ばれる新しいタイプのソフト連続ロボットを紹介します。これは、セグメントレベルでその曲率を連続的に自己制御することができます。
これまでの設計では、外力や機械要素が必要だったり、ロック機構やセグメントの数に応じて曲率の可変機能が個別に設定されていたのとは対照的です。
可変曲率を持つ能力は、その制御が連続的で外部要因から独立しているため、柔らかい連続体ロボットは制約された環境での適応性が高くなります。これは、自然界で複数の曲率を示すゾウの鼻やダチョウの首などで観察されるものと同様です。
この目的を達成するために、当社のソフト連続ロボットは、微粒子粒状ジャミングに基づいて成長するスパインの可変剛性を利用して、再構成可能な可変曲率を初めて可能にします。
提案されたロボットの設計を詳細に説明し、ビーム理論と FEA シミュレーションを通じてそのモデリングを示し、実験によって検証されます。
次に、ロボットの多彩な曲げプロファイルが実験で調査され、さまざまな構成で果物を掴むためのアプリケーションが実証されます。

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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