Improving Grip Stability Using Passive Compliant Microspine Arrays for Soft Robots in Unstructured Terrain

要約

マイクロピングリッパーは、asper延しているためにせん断力と牽引力を高めることにより、表面相互作用を強化する昆虫の脚によく見られる小さな棘です。
このようなマイクロスピンの配列は、ロボットの手足または覆面に統合された場合、不均一な地形を操縦し、傾斜を横断し、さらには壁を登る能力を提供します。
ソフトロボットの適合性と適応性により、複雑で非構造化された地形の横断を含むこれらのアプリケーションの理想的な候補になります。
ただし、マイクロスピンの効果的な統合を通じてグリップの安定性を改善することにより、制御されたラボ環境からフィールドへの移行に関連するソフトロコモーターには、実生活の実現ギャップが残っています。
私たちは、モバイルソフトロボットの移動能力を強化するために、パッシブで準拠したマイクロスピン積み重ねられたアレイ設計を提案します。私たちの場合、運動腱が作動するものです。
効果的なソフトに準拠した剛性統合を備えた標準化されたマイクロスピンアレイ統合方法を提供し、それらを受動的に制御する単一のアクチュエーターから生じる複雑さを減らします。
提示されたデザインは、より頻繁にアクティブな一番下の列の有効性を妨げない一方で、非常に急な/不規則な表面に追加のグリップ機能を提供する2列の積み重ねられたマイクロピンアレイ構成を利用します。
マイクロスピンアレイのさまざまな構成を調査して、表面トポロジの変化を説明し、マイクロスピンあたりのアスペリティの独立した適応性のある把持を可能にします。
コンクリート、レンガ、コンパクトサンド、樹木の根を含むさまざまな粗い表面でフィールドテスト実験は、マイクロスピンアレイの異なる組み合わせを持つ2つのロボットと比較したマイクロスピンのないベースラインで構成される3つのロボットで構成される3つのロボットを含む樹木の根で行われます。
追跡結果は、ミクロピンアレイを含めると平均的な変位が平均して15倍および8倍増加することを示しています。

要約(オリジナル)

Microspine grippers are small spines commonly found on insect legs that reinforce surface interaction by engaging with asperities to increase shear force and traction. An array of such microspines, when integrated into the limbs or undercarriage of a robot, can provide the ability to maneuver uneven terrains, traverse inclines, and even climb walls. Conformability and adaptability of soft robots makes them ideal candidates for these applications involving traversal of complex, unstructured terrains. However, there remains a real-life realization gap for soft locomotors pertaining to their transition from controlled lab environment to the field by improving grip stability through effective integration of microspines. We propose a passive, compliant microspine stacked array design to enhance the locomotion capabilities of mobile soft robots, in our case, ones that are motor tendon actuated. We offer a standardized microspine array integration method with effective soft-compliant stiffness integration, and reduced complexity resulting from a single actuator passively controlling them. The presented design utilizes a two-row, stacked microspine array configuration that offers additional gripping capabilities on extremely steep/irregular surfaces from the top row while not hindering the effectiveness of the more frequently active bottom row. We explore different configurations of the microspine array to account for changing surface topologies and enable independent, adaptable gripping of asperities per microspine. Field test experiments are conducted on various rough surfaces including concrete, brick, compact sand, and tree roots with three robots consisting of a baseline without microspines compared against two robots with different combinations of microspine arrays. Tracking results indicate that the inclusion of microspine arrays increases planar displacement on average by 15 and 8 times.

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