Deployable Soft Origami Modular Robotic Arm With Variable Stiffness Using Facet Buckling

有效载荷(计算) 模块化设计 工作区 刚度 机器人 软机器人 机械臂 座舱增压 计算机科学 机械工程 模拟 工程类 结构工程 人工智能 计算机网络 操作系统 网络数据包
作者
Minjo Park,Woongbae Kim,Sung Yol Yu,Jungmin Cho,Wonkyeong Kang,Junghwan Byun,Useok Jeong,Kyu‐Jin Cho
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters 卷期号:8 (2): 864-871 被引量:47
标识
DOI:10.1109/lra.2022.3232267
摘要

Robots that share activity spaces or physically interact with humans typically benefit from appropriate payload capacity, extensible workspace, low weight, safety, and space efficiency. The soft origami design and mechanism can meet many of these beneficial factors; however, achieving a high payload capacity remains challenging. In this letter, we developed a soft origami arm module with high variable stiffness (x300) and spatial efficiency (compressed x3.1). The buckling of facets into a cylindrical tube followed by its pressurization enables the arm to be highly stiffened. High-pressure capacity was obtained via the sewing-heat press fabrication process. We used a pneumatic pressure–tendon pair and utilized the frictional force between origami and tendon to prevent unintentional gravity-induced deformation while deploying. An analytical model was developed and compared to the experimental results. With our modular design, we could easily build functional robotic structures. Two robotic demonstrations were performed to examine the expandability of the modules. A variable-length robotic arm that mimics a human arm was built to manipulate typical objects. Additionally, a soft rover, which could carry 14 kg of weight and change its volume 29 times for improved spatial efficiency, was developed. This research suggests a new design methodology for practical soft robotic systems.
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