JAMMit! Monolithic 3D-Printing of a Bead Jamming Soft Pneumatic Arm

要約

3Dプリントされたベローの柔らかい空気圧装置は、柔軟なデザイン、製造の容易さ、大きな変形能力に広く採用されています。
ただし、それらの低い剛性は、実際のアプリケーションを制限します。
ソフトアクチュエーターの剛性を高めるためにいくつかの方法が存在しますが、多くはモノリシックおよび自動添加剤の製造の現代目標に沿っていない複雑な製造プロセスを伴います。
シンプルで、ビーズジャミングは、これらの課題に対するシンプルで効果的な解決策を表しています。
この作品では、ボウル型のビーズの腱駆動型の中央背骨を統合した、軽い柔らかい空気圧腕のモノリシック印刷の方法を紹介します。
私たちは、ジャムされていない状態と妨害された状態の両方における腕の可動域と、さまざまな作動や妨害条件の下での剛性を実験的に特徴付けました。
その結果、運動の範囲を維持し、剛性を最大化することとのトレードオフとして、最適な妨害ポリシーを提供します。
提案された設計は、スイッチを入れているタスクでさらに実証され、実用的なアプリケーションの可能性を示しています。

要約(オリジナル)

3D-printed bellow soft pneumatic arms are widely adopted for their flexible design, ease of fabrication, and large deformation capabilities. However, their low stiffness limits their real-world applications. Although several methods exist to enhance the stiffness of soft actuators, many involve complex manufacturing processes not in line with modern goals of monolithic and automated additive manufacturing. With its simplicity, bead-jamming represents a simple and effective solution to these challenges. This work introduces a method for monolithic printing of a bellow soft pneumatic arm, integrating a tendon-driven central spine of bowl-shaped beads. We experimentally characterized the arm’s range of motion in both unjammed and jammed states, as well as its stiffness under various actuation and jamming conditions. As a result, we provide an optimal jamming policy as a trade-off between preserving the range of motion and maximizing stiffness. The proposed design was further demonstrated in a switch-toggling task, showing its potential for practical applications.

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