SCU-Hand: Soft Conical Universal Robotic Hand for Scooping Granular Media from Containers of Various Sizes

要約

材料科学における小規模な実験の自動化は、実験セットアップの不均一な性質のために課題を提示します。
この研究では、ロボットアームを使用してさまざまなコンテナサイズから粉末サンプルをすくい取るタスクを自動化するために設計された新しいエンドエフェクターであるScuhand（Soft Conical Universal Robot Hand）を紹介します。
スクエルは、変形を通じて異なるコンテナの形状に適応する柔軟な円錐形構造を採用し、複雑な力センシングまたは機械学習ベースの制御方法なしで一貫した接触を維持します。
再構成可能なメカニズムにより、サイズの調整が可能になり、多様なコンテナタイプからの効率的なスクープが可能になります。
ソフトロボットの原理とシートモーフィングデザインを組み合わせることにより、エンドエフェクターは、効果的な粉末操作に必要な剛性を保持しながら、柔軟性が高いことを実現します。
設計原則、生産プロセス、およびSCUの実験的検証について詳しく説明します。
実験的検証により、スクープ容量は商用ツールの容量よりも約20％高いことが示され、67 mmから110 mmのサイズの容器では95％以上のスクープパフォーマンスがありました。
この研究は、材料の合成や特性評価プロセスなどのタスクを自動化するための費用対効果が高く簡単に実装可能なソ​​リューションを提供することにより、実験室の自動化に貢献しています。

要約(オリジナル)

Automating small-scale experiments in materials science presents challenges due to the heterogeneous nature of experimental setups. This study introduces the SCU-Hand (Soft Conical Universal Robot Hand), a novel end-effector designed to automate the task of scooping powdered samples from various container sizes using a robotic arm. The SCU- Hand employs a flexible, conical structure that adapts to dif- ferent container geometries through deformation, maintaining consistent contact without complex force sensing or machine learning-based control methods. Its reconfigurable mechanism allows for size adjustment, enabling efficient scooping from diverse container types. By combining soft robotics principles with a sheet-morphing design, our end-effector achieves high flexibility while retaining the necessary stiffness for effective powder manipulation. We detail the design principles, fabri- cation process, and experimental validation of the SCU-Hand. Experimental validation showed that the scooping capacity is about 20% higher than that of a commercial tool, with a scooping performance of more than 95% for containers of sizes between 67 mm to 110 mm. This research contributes to laboratory automation by offering a cost-effective, easily implementable solution for automating tasks such as materials synthesis and characterization processes.

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