Design, manufacturing, and inverse dynamic modeling of soft parallel robots actuated by dielectric elastomer actuators

要約

操作の安全性と低い商用コストを備えたソフトパラレルロボットは、繊細な操作と人間とロボットの安全な相互作用に有望な将来を示しています。
しかし、電気活性ポリマー (EAP) の使用促進は、製品の品質向上が不十分であることと、複数のアクチュエータ間の連携の動的モデリングが原因で依然として困難です。
この記事では、誘電エラストマー アクチュエータ (DEA) によって駆動される平行運動学デルタ ロボットの設計、製造、モデリング、および制御について説明します。
角度ストローク増幅機構により作動力とストロークのトレードオフを取り戻し、3Dパズルストリップ構造の採用によりロボットフレームの軽量化を実現。
シリコンベースのフィルム上に高安定性の導電性ペイントを構築する一般的な方法は、DE フィルムをレーザースキャンし、粒子と感光性樹脂が混合されたペイントで導電性粒子ベースの電極を挟むことによって達成されています。
広く使用されているカーボン グリースと比較して、作製した電極は、オンスタンド テストの前後で動的挙動においてより高い一貫性を示します。
最後に、ロボットエンドエフェクタの出力力と逆運動を予測するために、誘電体膜の構成挙動に拡張Bergstrom-Boyceモデルを導入して逆動力学モデルを構築した。
実験結果は、エンドエフェクターが静止している場合の RSME が 12.4% のロボット出力予測と、RSME 2.5% 未満のよく追跡された軌道を示しています。

要約(オリジナル)

Soft parallel robots with their manipulation safety and low commercial cost show a promising future for delicate operations and safe human-robot interactions. However, promoting the use of electroactive polymers (EAPs) is still challenging due to the under-improving quality of the product and the dynamic modelling of the collaborations between multiple actuators. This article presents the design, fabrication, modelling and control of a parallel kinematics Delta robot actuated by dielectric elastomer actuators (DEAs). The trade-off between the actuation force and stroke is retaken by an angular stroke amplification mechanism, and the weight of the robot frame is reduced by utilizing 3D puzzling strip structures. A generic way of constructing a high-stability conductive paint on a silicon-based film has been achieved by laser scanning the DE-film and then sandwiching a conductive particle-based electrode with a paint which is mixed by the particles and photosensitive resin. Compared to the wildly used carbon grease, the fabricated electrode shows a higher consistency in its dynamic behaviour before and after the on-stand test. Finally, to predict the output force and inverse motion of the robot end effector, we constructed the inverse dynamic model by introducing an expanded Bergstrom-Boyce model to the constitutive behavior of the dielectric film. The experimental results show a prediction of robot output force with RSME of 12.4% when the end effector remains stationary, and a well-followed trajectory with less than RSME 2.5%.

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