[論文レビュー] A Tip Mount for Carrying Payloads using Soft Growing Robots.

Ok Hwa Jeon, Margaret M. Coad+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2019

Modular Robots and Swarm Intelligence被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、軟体成長ロボットの先端部に取り付けられ、伸長、縮小、旋回の各段階においても安定した荷重固定を可能にする新規な先端マウントを提案する。このマウントにより、ロボットはアクティブデバイスを搭載し、バネの座屈を防ぎながら大きな引張荷重を発揮できることが実験的検証で示された。

ABSTRACT

Pneumatically operated soft growing robots that lengthen through tip eversion can be used for inspection and manipulation tasks in confined spaces such as caves, animal habitats, or disaster environments. Because new material is continually emitted from the robot tip, it is challenging to mount sensors, grippers, or other useful payloads at the tip of the robot. Here, we present a tip mount for soft growing robots that can be reliably used and remain attached to the tip during growing, retraction, and steering, while carrying a variety of payloads, including active devices. Our tip mount enables two new soft growing robot capabilities: retracting without buckling while carrying a payload at the tip, and exerting a significant tensile load on the environment during inversion. In this paper, we review previous research on soft growing robot tip mounts, and we discuss the important features of a successful tip mount. We present the design of our tip mount and results for the minimum pressure to grow and the maximum payload in tension. We also demonstrate a soft growing robot equipped with our tip mount retrieving an object and delivering it to a different location.

研究の動機と目的

• 先端の拡張による連続的先端伸長に起因する、センサーやグリッパーのマウントの困難さに対処すること。
• 成長、縮小、旋回を含む動的ロボット運動中でも、荷重が安定して固定された状態を維持できる信頼性の高い荷重固定を実現すること。
• 先端に荷物を搭載した状態で縮小する際の座屈を防ぐこと。
• 逆転状態で環境に対して大きな引張荷重を発揮できるようにすること。
• 搭載された荷物を用いた物体回収および配送による実用的応用の実証。

提案手法

• アクチュエータ作動中に荷重を安全に保持できるように、軟体成長ロボットの先端部と統合された機械的先端マウントを設計すること。
• 空気圧駆動を用いて先端の拡張によりロボットを伸長させ、マウントを進行する先端部に取り付けること。
• 縮小時および環境との相互作用時に引張荷重がかかる状況でもマウントの構造的整合性を保証すること。
• 動的運動および荷重負荷下でも固定を維持できるように、マウントの幾何形状と材料界面を最適化すること。
• 内部圧力の変動を想定し、正常な成長を達成するための最小圧力を特定するためのテストを実施すること。
• 引張荷重下での最大荷重容量を評価し、荷重能力を数量化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、伸長、縮小、旋回の各段階においても、軟体成長ロボットの先端部にしっかりと固定されたマウントを設計できるか？
• RQ2 新しい先端マウントを用いて荷物を搭載した状態でロボットを成長させるために必要な最小内部圧力はどの程度か？
• RQ3 先端に荷物を搭載した状態で、ロボットが環境に対して発揮できる最大引張荷重はどの程度か？
• RQ4 搭載された荷物を用いて、ロボットが物体を効果的に回収および配送できるか？
• RQ5 荷物を搭載した状態で縮小する際、先端マウントはどのようにして座屈を防ぐのか？

主な発見

• 先端マウントは、成長、縮小、旋回を含むロボット運動のすべての段階で、安定した荷物固定を可能にした。
• 搭載された荷物を用いた物体回収および配送が成功したことで、実用的応用の有効性が実証された。
• 荷物を搭載した状態でロボットを成長させるために必要な最小圧力は実験的に特定されたが、本稿の提供された文書では正確な数値は記載されていない。
• マウントにより、逆転状態で環境に対して顕著な引張荷重を発揮できることが確認され、機械的性能の向上が示された。
• 荷物を搭載した状態で縮小する際、ロボットは座屈を示さず、マウント設計の構造的頑丈さが確認された。
• 先端マウントは、アクティブデバイスを含む多様な荷物をサポートでき、ロボットの機能的多様性を拡張した。