A Comparison of Pneumatic Actuators for Soft Growing Vine Robots

要約

ソフト空気圧アクチュエータは、成長に必要な先端の反転に十分な柔軟性を備えながら、柔らかく成長する「つる」ロボットを操縦するために使用されます。
この研究では、外転、準静的曲げ、動的動作、力出力を実行する能力の観点から、パウチ モーター、円筒形空気圧人工筋 (cPAM)、および
布製空気圧人工筋肉 (fPAM)。
パウチモーターは製造プロセスが簡単なため、試作に有利です。
cPAM は優れた曲げ挙動を示し、最大の力を生成しますが、fPAM は最も速く作動し、最も低い圧力で反転します。
各アクチュエータ タイプの寸法範囲を評価しました。
アクチュエータが大きいほど、より大きな変形と力を発生させることができますが、アクチュエータが小さいほど、より速く膨張し、より低い圧力で反転することができます。
つるロボットは軽量であるため、さまざまなアクチュエータの機能に対する重力の影響は最小限に抑えられます。
つるロボットアクチュエータの圧力から曲げまでの挙動を予測する新しい解析モデルを開発しました。
アクチュエータの結果を使用して、高機動性の 60×60 mm cPAM を搭載した長さ 4.8 m のつるロボットを設計し、三次元障害物コースで実証しました。
つるロボットは、急旋回をしたり、直径よりも小さな通路を通ったり、重力に逆らって持ち上げたりすることができました。

要約(オリジナル)

Soft pneumatic actuators are used to steer soft growing ‘vine’ robots while being flexible enough to undergo the tip eversion required for growth. In this study, we compared the performance of three types of pneumatic actuators in terms of their ability to perform eversion, quasi-static bending, dynamic motion, and force output: the pouch motor, the cylindrical pneumatic artificial muscle (cPAM), and the fabric pneumatic artificial muscle (fPAM). The pouch motor is advantageous for prototyping due to its simple manufacturing process. The cPAM exhibits superior bending behavior and produces the highest forces, while the fPAM actuates fastest and everts at the lowest pressure. We evaluated a range of dimensions for each actuator type. Larger actuators can produce more significant deformations and forces, but smaller actuators inflate faster and can evert at a lower pressure. Because vine robots are lightweight, the effect of gravity on the functionality of different actuators is minimal. We developed a new analytical model that predicts the pressure-to-bending behavior of vine robot actuators. Using the actuator results, we designed and demonstrated a 4.8 m long vine robot equipped with highly maneuverable 60×60 mm cPAMs in a three-dimensional obstacle course. The vine robot was able to move around sharp turns, travel through a passage smaller than its diameter, and lift itself against gravity.

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