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A Gas–Ribbon-Hybrid Actuated Soft Finger with Active Variable Stiffness

刚度 弯曲 丝带 灵活性(工程) 软机器人 机制(生物学) 抗弯刚度 变形(气象学) 执行机构 夹持器 结构工程 机械工程 材料科学 工程类 复合材料 物理 电气工程 数学 统计 量子力学
作者
Xinbin Zhang,Jihong Yan,Jie Zhao
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:9 (2): 250-265 被引量:21
标识
DOI:10.1089/soro.2020.0031
摘要

A new hybrid actuated soft finger with active variable stiffness is proposed for the first time by integrating gas-driven and ribbon-driven mechanisms. By carefully coordinating the two mechanisms, the bending deformation and the stiffness modulation processes of the soft finger can be uncoupled, providing it with both high flexibility and good variable stiffness. Although the soft finger, made entirely from flexible materials, works under a low and safe gas pressure of below 35 kPa, the maximum bending angle reaches ∼210°, and a single soft finger can withstand a weight of 1.25 kg. For any bending angle, with the help of the ribbon-driven mechanism, the stiffness of the soft finger can increase by three to six times. In addition, theoretical models are established for the evaluation of the bending-deformation characteristic and the output force of the soft finger, which are verified by experiments. A dual-finger soft robotic gripper is assembled by utilizing two soft fingers, which can easily and stably grab various objects with different sizes, shapes, and weights. Both the theoretical and experimental results indicate that the proposed gas-ribbon-hybrid actuated mechanism can effectively enhance the variable stiffness property of a soft finger while retaining its good compliance with the surroundings. This work might provide future insights for the development of compact and cost-effective soft end effectors with active variable stiffness.
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