Compliant Beaded-String Jamming For Variable Stiffness Anthropomorphic Fingers

要約

ロボットグリッパーで人間のような器用さを達成することは、特に不確実な環境での堅牢な操作を確保する上で、依然としてオープンな挑戦です。
ソフトロボットの手は、パッシブコンプライアンスを活用することにより、これに対処しようとします。これは、人間の手の適応性にとって重要な特性であり、高解像度のセンシングと複雑な制御への依存を減らしながら、より堅牢な操作を達成します。
操作タスクにおける精度と姿勢の安定性の観点からのさらなる改善は、可変剛性メカニズムの統合を通じて達成されますが、これらは残留コンプライアンスを欠く傾向があり、かさばり、応答時間が遅くなります。
これらの制限に対処するために、この作業は、パッシブな残留コンプライアンスと調整可能な剛性を示す擬人化指の指の準拠した関節詰まりメカニズムを導入し、人間の第十頭の関節のそれに沿った動きの範囲を達成します。
メカニズムによって提供される剛性範囲は、0.48 nm/radから1.95 nm/rad（4倍の増加）に制御可能です。
再現性、ヒステリシス、剛性も、妨害力の関数として特徴付けられました。
提案されたシステムによって得られる受動的な残留コンプライアンスの重要性を実証するために、硬いものと比較した場合、共同設計を統合するグリッパーの成功率は60％高いことを示しました。

要約(オリジナル)

Achieving human-like dexterity in robotic grippers remains an open challenge, particularly in ensuring robust manipulation in uncertain environments. Soft robotic hands try to address this by leveraging passive compliance, a characteristic that is crucial to the adaptability of the human hand, to achieve more robust manipulation while reducing reliance on high-resolution sensing and complex control. Further improvements in terms of precision and postural stability in manipulation tasks are achieved through the integration of variable stiffness mechanisms, but these tend to lack residual compliance, be bulky and have slow response times. To address these limitations, this work introduces a Compliant Joint Jamming mechanism for anthropomorphic fingers that exhibits passive residual compliance and adjustable stiffness, while achieving a range of motion in line with that of human interphalangeal joints. The stiffness range provided by the mechanism is controllable from 0.48 Nm/rad to 1.95 Nm/rad (a 4x increase). Repeatability, hysteresis and stiffness were also characterized as a function of the jamming force. To demonstrate the importance of the passive residual compliance afforded by the proposed system, a peg-in-hole task was conducted, which showed a 60% higher success rate for a gripper integrating our joint design when compared to a rigid one.

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