Soft Pneumatic Actuator Capable of Generating Various Bending and Extension Motions Inspired by an Elephant Trunk

要約

ゾウの胴体の器用な操作能力に着想を得て、柔軟なアームで多様な屈曲および伸展運動を生成する空気圧アクチュエータを提案します。
アクチュエータは 2 本の柔軟なチューブで構成されています。
各フレキシブルチューブは、長さと傾斜角度が可変の単一のストリングによって拘束されています。
1 本のチューブでは単純な 3 種類の運動 (屈曲、伸展、らせん) しかできなくても、2 本のチューブを平行に配置し、拘束を可変にすることで、さまざまな複雑な屈曲パターンを作成できます。
この性能は、互いに建設的に干渉するように2つのチューブを配置することにより、力の重ね合わせの効果を利用しています。
この論文では、結果として生じる 6 つのポーズ パターンについて説明しました。
まず、構成と動作原理を説明し、製造方法を説明します。
次に、2 つの数学モデルと 4 つの有限要素法に基づく解析を導入して、5 つのモーション パターンにおける先端位置の変化を予測します。
すべてのモデルは、実験によって検証されました。
最後に、プロトタイプの SEMI-TRUNK がボトルをつかんで水を注ぐ動作を実現できることを実験的に実証し、提案手法の有効性を検証しました。

要約(オリジナル)

Inspired by the dexterous handling ability of an elephant’s trunk, we propose a pneumatic actuator that generates diverse bending and extension motions in a flexible arm. The actuator consists of two flexible tubes. Each flexible tube is restrained by a single string with variable length and tilt angle. Even if a single tube can perform only three simple types of motions (bending, extension, and helical), a variety of complex bending patterns can be created by arranging a pair of tubes in parallel and making the restraint variable. This performance takes advantage of the effect of the superposition of forces by arranging two tubes to constructively interfere with each other. This paper described six resulting pose patterns. First, the configuration and operating principle are described, and the fabrication method is explained. Next, two mathematical models and four finite element method-based analyses are introduced to predict the tip position changes in five motion patterns. All the models were validated through experiments. Finally, we experimentally demonstrated that the prototype SEMI-TRUNK can realize the action of grabbing a bottle and pouring water, verifying the effectiveness of the proposed method.

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