Stiffness-Tuneable Limb Segment with Flexible Spine for Malleable Robots

要約

回転ジョイントで直列に接続された剛性調整可能な連続的に曲がるセグメントで構築されたロボット アームは、機械的アーキテクチャと作業空間を変更する機能を備えているため、高い柔軟性と 6 未満の自由度でさまざまなタスクに適応することができます。これを私たちが順応性と呼んでいます。
ロボット。
既知の補強機構を使用して、これらの新規なロボットマニピュレータに適したリンクを実装することができる。
ただし、これらのソリューションは通常、構造の変形により曲げると性能が低下します。
内部サポート構造を含めることにより、この変形を最小限に抑えることができ、結果として剛性強化性能が向上します。
この論文では、剛性制御可能な層ジャミングベースの大径ロボットリンクでサポートを提供するための、新しいマルチマテリアルの脊椎にヒントを得た柔軟な構造を紹介します。
提案された脊椎機構は、中空で軽量な構造を維持しながら、レイヤージャミングのみを使用するロボットリンクの動きと一致するタイプと動きの範囲で非常に可動性があります。
柔軟な脊椎の機構と設計が調査され、それを利用したリンクのプロトタイプが開発され、支持構造を持たない粒状ジャミングおよび層状ジャミングに基づいて四肢セグメントと比較されます。
実験の結果、提案された設計の利点が検証され、曲げ角度全体にわたって一定の中心直径が維持され、180 度での抵抗力が 203% 以上向上することが実証されました。

要約(オリジナル)

Robotic arms built from stiffness-adjustable, continuously bending segments serially connected with revolute joints have the ability to change their mechanical architecture and workspace, thus allowing high flexibility and adaptation to different tasks with less than six degrees of freedom, a concept that we call malleable robots. Known stiffening mechanisms may be used to implement suitable links for these novel robotic manipulators; however, these solutions usually show a reduced performance when bending due to structural deformation. By including an inner support structure this deformation can be minimised, resulting in an increased stiffening performance. This paper presents a new multi-material spine-inspired flexible structure for providing support in stiffness-controllable layer-jamming-based robotic links of large diameter. The proposed spine mechanism is highly movable with type and range of motions that match those of a robotic link using solely layer jamming, whilst maintaining a hollow and light structure. The mechanics and design of the flexible spine are explored, and a prototype of a link utilising it is developed and compared with limb segments based on granular jamming and layer jamming without support structure. Results of experiments verify the advantages of the proposed design, demonstrating that it maintains a constant central diameter across bending angles and presents an improvement of more than 203% of resisting force at 180 degrees.

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