[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种新型的软体生长机器人末端夹持装置，可在机器人伸展、回缩和转向过程中实现可靠的载荷固定。该装置使机器人能够在不发生屈曲的情况下携带主动装置并承受显著的拉伸载荷，实验验证成功实现了物体抓取与递送。

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.

研究动机与目标

• 解决由于末端外翻导致的持续前端伸展，而给软体生长机器人安装传感器和夹持器带来的挑战。
• 实现可靠的载荷固定，确保在机器人动态运动（包括生长、回缩和转向）过程中保持稳定。
• 在携带载荷于末端时，确保机器人能够安全回缩而不发生屈曲。
• 使机器人在反转过程中能够对环境施加显著的拉伸载荷。
• 通过实际应用演示，利用安装的载荷实现物体抓取与递送。

提出的方法

• 设计一种机械式末端夹持装置，与软体生长机器人的末端集成，并在驱动过程中牢固固定载荷。
• 采用气动驱动实现通过末端外翻的机器人伸展，夹持装置固定在前进的末端。
• 确保夹持装置在回缩和环境相互作用过程中承受拉伸载荷时仍保持结构完整性。
• 优化夹持装置的几何形状与材料界面，以在动态运动和载荷加载下维持固定性能。
• 在不同内部压力下测试夹持装置性能，以确定成功生长所需的最低压力。
• 评估在拉伸状态下的最大载荷承载能力，以量化其承载性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种末端夹持装置，使其在机器人伸展、回缩和转向过程中始终保持牢固附着？
• RQ2 机器人在通过新型末端夹持装置携带载荷时，成功生长所需的最低内部压力是多少？
• RQ3 机器人在末端携带载荷时，能够对环境施加的最大拉伸载荷是多少？
• RQ4 机器人能否成功抓取并递送物体，利用安装的载荷？
• RQ5 末端夹持装置如何在携带载荷时防止回缩过程中的屈曲？

主要发现

• 末端夹持装置可在机器人运动的所有阶段（包括生长、回缩和转向）实现稳定的载荷固定。
• 机器人通过安装的载荷成功实现了物体抓取与递送，证明了其实际应用潜力。
• 实验确定了携带载荷时机器人成功生长所需的最低压力，但所提供文本中未明确具体数值。
• 夹持装置使机器人在反转过程中能够对环境施加显著的拉伸载荷，表明其机械性能得到增强。
• 在携带载荷回缩过程中，机器人未发生屈曲，证实了夹持装置设计的结构可靠性。
• 末端夹持装置可适配多种载荷，包括主动装置，从而扩展了机器人的功能多样性。