Fish Mouth Inspired Origami Gripper for Robust Multi-Type Underwater Grasping

要約

水中環境でのロボットの把握と操作は、伝統的に陸地で使用されていたロボットの手にユニークな課題を提示します。
これらの課題は、動的な水の条件、柔らかいものから硬い不規則なオブジェクト形状、さまざまな表面摩擦までの幅広いオブジェクト特性に由来しています。
一般的なアプローチの1つは、不足およびソフトアクチュエーターを使用して、埋め込まれたコンプライアンスで指ベースの手を開発することです。
この研究では、指ベースのハンドデザインに依存しない効果的な代替ソリューションを紹介します。
魚の口に触発された折り紙グリッパーを紹介します。これは、水中でさまざまな堅牢な把握タスクを実行するために単一の自由度を利用しています。
革新的な構造は、ヨシムラの折り目パターンの折りたたみに基づいて、単純な一軸引っ張り動きを把握作用に変換します。
折り紙グリッパーは、スケーラブルで最適化可能なデザイン、握り、コンプライアンス、堅牢性を含む、ピンチ、パワーグラス、複数のオブジェクトの同時把握、海底からのスクープなど、明確な利点を提供します。
この作業では、クラゲ、カニ、アワビなどのさまざまな海洋生物を処理できる専門の水中グリッパーの設計、モデリング、製造、および検証について詳しく説明します。
折り紙とバイオに触発されたアプローチを活用することにより、提示されたグリッパーは、水中環境でのロボット把持と操作の可能性を有望であることを示しています。

要約(オリジナル)

Robotic grasping and manipulation in underwater environments present unique challenges for robotic hands traditionally used on land. These challenges stem from dynamic water conditions, a wide range of object properties from soft to stiff, irregular object shapes, and varying surface frictions. One common approach involves developing finger-based hands with embedded compliance using underactuation and soft actuators. This study introduces an effective alternative solution that does not rely on finger-based hand designs. We present a fish mouth inspired origami gripper that utilizes a single degree of freedom to perform a variety of robust grasping tasks underwater. The innovative structure transforms a simple uniaxial pulling motion into a grasping action based on the Yoshimura crease pattern folding. The origami gripper offers distinct advantages, including scalable and optimizable design, grasping compliance, and robustness, with four grasping types: pinch, power grasp, simultaneous grasping of multiple objects, and scooping from the seabed. In this work, we detail the design, modeling, fabrication, and validation of a specialized underwater gripper capable of handling various marine creatures, including jellyfish, crabs, and abalone. By leveraging an origami and bio-inspired approach, the presented gripper demonstrates promising potential for robotic grasping and manipulation in underwater environments.

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