[논문 리뷰] A Tip Mount for Carrying Payloads using Soft Growing Robots.

Ok Hwa Jeon, Margaret M. Coad외 6명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 17.

Modular Robots and Swarm Intelligence인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 연신, 수축, 조향 중에도 로봇 끝부리에 안정적으로 하중를 부착할 수 있도록 하는 소프트 성장 로봇을 위한 새로운 끝부리 마운트를 제안한다. 이 마운트는 로봇이 활성 장치를 지닌 채로 수축할 때나 압축력이 가해질 때에도 끊어지지 않도록 하며, 실험적 검증을 통해 물체 수거 및 운반 성공을 입증하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 끝부리의 외측 확장에 의해 지속적인 끝부리 연장이 발생하는 소프트 성장 로봇에 센서와 집게를 부착하는 문제를 해결하기 위해.
• growing, 수축, 조향과 같은 동적 로봇 운동 중에도 안정적으로 하중를 고정할 수 있도록 하기 위해.
• 끝부리에 하중를 지닌 채 수축할 때도 끊어지지 않도록 하기 위해.
• 역행 중 환경에 상당한 인장 하중를 가할 수 있도록 하기 위해.
• 장착된 하중를 이용한 물체 수거 및 운반을 통해 실용적 응용을 입증하기 위해.

제안 방법

• 기계적 끝부리 마운트를 설계하여 소프트 성장 로봇의 끝부리와 통합하고, 작동 중 하중를 안정적으로 고정할 수 있도록 하기 위해.
• 압축 공기 작동을 통해 끝부리 외측 확장을 통해 로봇 연장을 유도하며, 마운트는 진행 중인 끝부리에 부착된다.
• 수축 및 환경 상호작용 중 인장 하중에 견딜 수 있도록 마운트의 구조적 강성을 확보하기 위해.
• 동적 운동 및 하중 부하 중에도 고정을 유지할 수 있도록 마운트의 기하학적 형상과 재료 인터페이스를 최적화하기 위해.
• 성공적인 연장이 가능한 최소 내부 압력을 결정하기 위해 다양한 내부 압력 조건에서 마운트 성능을 시험하기 위해.
• 인장 하중에 대한 최대 하중 용량을 평가하여 하중 지속 능력을 정량화하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연신, 수축, 조향 중에도 소프트 성장 로봇에 안정적으로 부착되어 있는 끝부리 마운트는 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 새로운 끝부리 마운트를 통해 하중를 지닌 채로 로봇을 연장하기 위해 필요한 최소 내부 압력는 얼마인가?
• RQ3 끝부리에 하중를 지닌 채로 역행 중 환경에 상당한 인장 하중를 가할 수 있는가?
• RQ4 장착된 하중를 이용해 로봇이 성공적으로 물체를 수거하고 운반할 수 있는가?
• RQ5 하중를 지닌 채로 수축할 때 끝부리 마운트는 어떻게 끊어짐을 방지하는가?

주요 결과

• 끝부리 마운트는 로봇 운동의 모든 단계—연신, 수축, 조향—동안 안정적인 하중 부착을 가능하게 하였다.
• 장착된 하중를 이용한 물체 수거 및 운반에 성공하여 실용적 응용 가능성을 입증하였다.
• 하중를 지닌 채 로봇을 연장하기 위해 필요한 최소 압력가 실험적으로 도출되었지만, 제공된 텍스트에는 정확한 값이 기재되어 있지 않다.
• 마운트 덕분에 역행 중 환경에 상당한 인장 하중를 가할 수 있었으며, 기계적 능력 향상을 시사하였다.
• 하중를 지닌 채로 수축할 때도 로봇이 끊어지지 않았으며, 마운트 설계의 구조적 견고성을 확인하였다.
• 끝부리 마운트는 활성 장치를 포함한 다양한 하중를 지원하여 로봇의 기능적 다양성을 확장하였다.