arXiv (Robotics)AI
ソフトロボティックアクチュエータの堅牢なシリコン注型鋳造およびセンサー埋め込み手法
Robust Silicone Pour Casting and Sensor Embedding Procedures for Soft Robotic Actuators
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ソフトロボットは、リハビリテーションや手術など、環境との安全で適応的な相互作用が必要とされる応用分野に適した技術として注目されています。しかし、ソフトロボットの再現性が高く拡張可能な製造方法の確立という課題が、実際の導入を制限してきました。これまでに様々な製造方法が提案されてきましたが、その多くは手作業が多く、人的ミスが発生しやすい傾向にあります。こうした背景から、従来の二液型注型鋳造方式は依然として魅力的な選択肢として機能しています。
本研究では、二液型注型鋳造を用いたソフト空気圧アクチュエータの堅牢で再現性が高く、拡張可能な製造手法を提示しています。提示される方法は、内部キャビティの詰まりを防ぎ、気密性を確保します。さらに、薄膜フレックスセンサーの堅牢なセンサー埋め込み手法が提示され、正確で再現性の高いデータ取得が可能になります。ソフトアクチュエータの有限要素法(FEM)解析により、内部圧力負荷による応力と変形を分析しています。
実験検証では、PID圧力制御による空気圧駆動実験を実施し、自動画像処理を用いて埋め込まれたフレックスセンサーを曲げ角度測定に較正しています。階段状およびサイン波入力による駆動実験により、製造されたアクチュエータの性能が検証されました。階段状入力に対する角度応答実験は再現性の高い性能を示し、サイン波入力では小さなヒステリシスが見られ、ソフトアクチュエータの空気圧駆動に対する粘弾性応答と一致しています。シミュレーション結果と実測の曲げ角度は比較可能な応答を示しています。
これらの手法は、2名のオペレータで検証された再現性が高く堅牢な製造手法を提供し、24件の成功した製造事例とベンチマーク試験、実験的検証により支持されています。こうしたベンチマークにより、ソフトロボティクスのより広範な採用が可能になると期待されています。