Mechanically Programming the Cross-Sectional Shape of Soft Growing Robotic Structures for Patient Transfer

要約

空気圧柔らかいエーバー型ロボット構造は、摩擦を滑らずに摩擦をかけずに人間の下で成長させる能力と、柔軟なスリングとしての有用性により、人間の移転タスクを促進する可能性があります。
管状構造は、膨張すると自然に円形の断面を生成しますが、ロボットスリングは、それらとその安静時の間で成長するのに十分薄く、人間をゆりかごするのに十分な幅でなければなりません。
最近の作品は、剛性成分を構造に含めることにより平坦化された断面を達成しましたが、これにより人間への適合性が低下します。
外膜に沿ったポイント間の放射状膨張を制限する柔軟なストリップを使用して、柔らかいエーバーロボット構造の断面を機械的にプログラミングする方法を提示します。
私たちの方法により、従来のスリングの完全な軸の柔軟性を維持しながら、同時に広くて薄いプロファイルが可能になります。
幾何学的設計仕様を製造パラメーターに関連付けるモデルを開発および検証し、実験的に成長率に対する影響を特徴付けます。
最後に、柔らかく成長しているロボットスリングシステムをプロトタイプし、ベッドから椅子への患者移転で単一の介護者を支援するための使用を実証します。

要約(オリジナル)

Pneumatic soft everting robotic structures have the potential to facilitate human transfer tasks due to their ability to grow underneath humans without sliding friction and their utility as a flexible sling when deflated. Tubular structures naturally yield circular cross-sections when inflated, whereas a robotic sling must be both thin enough to grow between them and their resting surface and wide enough to cradle the human. Recent works have achieved flattened cross-sections by including rigid components into the structure, but this reduces conformability to the human. We present a method of mechanically programming the cross-section of soft everting robotic structures using flexible strips that constrain radial expansion between points along the outer membrane. Our method enables simultaneously wide and thin profiles while maintaining the full multi-axis flexibility of traditional slings. We develop and validate a model relating the geometric design specifications to the fabrication parameters, and experimentally characterize their effects on growth rate. Finally, we prototype a soft growing robotic sling system and demonstrate its use for assisting a single caregiver in bed-to-chair patient transfer.

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