A Novel Spider-Inspired Rotary-Rolling Diaphragm Actuator with Linear Torque Characteristic and High Mechanical Efficiency

执行机构 振膜(声学) 旋转致动器 扭矩 机械工程 离合器 气动执行机构 材料科学 控制理论(社会学) 工程类 计算机科学 电气工程 物理 扬声器 人工智能 热力学 控制(管理)
作者
Jonas Hepp,Alexander Badri–Spröwitz
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:9 (2): 364-375 被引量:10
标识
DOI:10.1089/soro.2020.0108
摘要

We present a novel, fluid-driven rotary-rolling diaphragm actuator with direct rotary output. Its working principle is inspired by the spider leg's hydraulically operated joints and the diaphragm design of rolling diaphragm actuators. The new actuator is fully sealed, shows minimal output torque losses, and minimum friction during operation. Stiction and Coulomb friction are avoided by design. Our proposed mechanism can be used as a compliant actuator in soft robots, or as a stiff transmission device, depending on the fluid and working pressure. The rotary-rolling diaphragm is the defining component of the actuator. The diaphragm is based on silicone rubber, reinforced by a fabric with anisotropic tensile strength characteristics. The diaphragm is custom-designed to follow the actuator's toroidal shape and to ensure the smooth unrolling behavior throughout the stroke. Our actuator outputs a constant torque throughout its stroke compared with monolithic, rotary soft robot actuators with a change in torque. Our design offers a high mechanical efficiency of 95%, compactness, a wide working range of 100°, and a low mechanical complexity from a single chamber.

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