UMArm: Untethered, Modular, Wearable, Soft Pneumatic Arm

要約

ロボットアームは現代の産業にとって不可欠ですが、構造化されていない環境への適応性は限られたままです。
ソフトロボットアーム、特に空気圧で作動するものは、構造化されていない環境での適応性が向上し、人間とロボットの相互作用の安全性が向上します。
ただし、現在の空気圧柔らかい腕は、限られた自由度、精度、ペイロード能力、かさばる外部圧力調節因子への依存によって制約されています。
この作業では、空気圧駆動型の新しい硬いハイブリッドアーム「umarm」が提示されています。
空気圧で作動した柔らかい腕の欠点は、高効力から重量の比率の自己調節マッキベンアクチュエーターを軽量の硬い背骨構造に密に統合することによって対処されます。
修正されたMcKibbenアクチュエーターには、バルブとコントローラーが直接内部に組み込まれ、個々の圧力ラインと外部レギュレーターの必要性がなくなり、システムの重みと複雑さが大幅に削減されます。
完全にゼロの操作、高ペイロード容量、精度、および方向に調整可能なコンプライアンスがUMARMによって達成されます。
携帯性はウェアラブルアシスタントアーム実験を通じて実証され、汎用性はシステムをインチワームロボットに再構成することで紹介されます。
この作業の結果は、UMARMのような高度の外部レジュレータを含まない空気圧駆動型のARMシステムが、実際の非構造化された環境の大きな可能性を持っていることを示しています。

要約(オリジナル)

Robotic arms are essential to modern industries, however, their adaptability to unstructured environments remains limited. Soft robotic arms, particularly those actuated pneumatically, offer greater adaptability in unstructured environments and enhanced safety for human-robot interaction. However, current pneumatic soft arms are constrained by limited degrees of freedom, precision, payload capacity, and reliance on bulky external pressure regulators. In this work, a novel pneumatically driven rigid-soft hybrid arm, “UMArm”, is presented. The shortcomings of pneumatically actuated soft arms are addressed by densely integrating high-force-to-weight-ratio, self-regulated McKibben actuators onto a lightweight rigid spine structure. The modified McKibben actuators incorporate valves and controllers directly inside, eliminating the need for individual pressure lines and external regulators, significantly reducing system weight and complexity. Full untethered operation, high payload capacity, precision, and directionally tunable compliance are achieved by the UMArm. Portability is demonstrated through a wearable assistive arm experiment, and versatility is showcased by reconfiguring the system into an inchworm robot. The results of this work show that the high-degree-of-freedom, external-regulator-free pneumatically driven arm systems like the UMArm possess great potential for real-world unstructured environments.

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