Torque Responsive Metamaterials Enable High Payload Soft Robot Arms

要約

ソフトロボットは、重力に抗して自身の重量を支えながら、大きな力とモーメントを支えるのに苦労してきました。
これにより、検査や物体の押し上げなどのタスクに必要な特定の構成に到達する能力が制限されます。
私たちは、手動せん断オーセティックス (HSA) と曲げ可能な拡張可能なトルク耐性 (BETR) シャフトを使用して、電気駆動のメタマテリアル ソフト アームを作成することで、この制限を克服しました。
これらは、HSA の大きな力とトルク容量、および BETR の入れ子式トルク伝達を利用して、強力なソフト アームを作成します。
HSA アームは、ベースで 0.33 Nm のトルクをサポートし、垂直方向に 2.3 kg を押し、水平に配置した場合は 600 g 以上を持ち上げることができることがわかりました。
アームは大きなペイロードを運びながらウェイポイント間を移動することができ、経路変動が 5 mm 未満で一貫した動きを示します。
HSA グリッパーを使用してアクティブな把握を実行する HSA アームの能力も実証され、物体を取り除くには 20 N の引っ張り力が必要でした。
最後に、パイプ検査タスクでアームをテストします。
アームはパイプの内面に対して滑りながらすべての欠陥を見つけることができ、そのコンプライアンスを実証します。

要約(オリジナル)

Soft robots have struggled to support large forces and moments while also supporting their own weight against gravity. This limits their ability to reach certain configurations necessary for tasks such as inspection and pushing objects up. We have overcome this limitation by creating an electrically driven metamaterial soft arm using handed shearing auxetics (HSA) and bendable extendable torque resistant (BETR) shafts. These use the large force and torque capacity of HSAs and the nestable torque transmission of BETRs to create a strong soft arm. We found that the HSA arm was able to push 2.3 kg vertically and lift more than 600 g when positioned horizontally, supporting 0.33 Nm of torque at the base. The arm is able to move between waypoints while carrying the large payload and demonstrates consistent movement with path variance below 5 mm. The HSA arm’s ability to perform active grasping with HSA grippers was also demonstrated, requiring 20 N of pull force to dislodge the object. Finally, we test the arm in a pipe inspection task. The arm is able to locate all the defects while sliding against the inner surface of the pipe, demonstrating its compliance.

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