Electrically-driven phase transition actuators to power soft robot designs

要約

電気駆動型のソフトアクチュエーターの探求において、焦点は、静電気やその他の電気作動方法を支持して、一般にひずみ速度と作動遅延に関連する液体GAS相転移から移行しました。
これにより、テクノロジーが独自の特性、特に低電圧動作、制御可能性、スケーラビリティ、ロボットへの統合の容易さを活用することができなくなりました。
ここでは、水を作動液として使用し、コイルタイプの柔軟な加熱要素を搭載した液体ガス相遷移電気ソフトアクチュエーターを導入します。
16％を超えるひずみ速度と100 kPa/sの加圧率を達成します。
最大24 Vの電圧で動作しながら50 Nを超えるブロックされた力が達成されました。私たちは、寄生的な振動と制御ラグの両方を減らす非線形制御アプローチとともに、アプリケーション固有の最適化を可能にする作業流体を選択する方法を提案します。
ケーブル駆動の生体模倣ハンドや、液体GAS相転移を搭載した4四つのロボットを含む、ソフトロボットシステムにこのテクノロジーの統合を実証します。

要約(オリジナル)

In the quest for electrically-driven soft actuators, the focus has shifted away from liquid-gas phase transition, commonly associated with reduced strain rates and actuation delays, in favour of electrostatic and other electrothermal actuation methods. This prevented the technology from capitalizing on its unique characteristics, particularly: low voltage operation, controllability, scalability, and ease of integration into robots. Here, we introduce a liquid-gas phase transition electric soft actuator that uses water as the working fluid and is powered by a coil-type flexible heating element. It achieves strain rates of over 16%/s and pressurization rates of 100 kPa/s. Blocked forces exceeding 50 N were achieved while operating at voltages up to 24 V. We propose a method for selecting working fluids which allows for application-specific optimization, together with a nonlinear control approach that reduces both parasitic vibrations and control lag. We demonstrate the integration of this technology in soft robotic systems, including a cable-driven biomimetic hand and a quadruped robot powered by liquid-gas phase transition.

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