Soft-Rigid Hybrid Revolute and Prismatic Joints Using Multilayered Bellow-Type Soft Pneumatic Actuators: Design, Characterization, and Its Application as Soft-Rigid Hybrid Gripper
Notice bibliographique
Résumé
Despite the exponentially expanding capabilities of robotic systems with the introduction of soft robotics, the lack of practical considerations in designing and integrating soft robotic components hinders the widespread application of newly developed technology in real life. This study investigates the development and performance evaluation of soft-rigid hybrid (SRH) robotic systems employing multilayered bellow-shaped soft pneumatic actuators (MBSPAs) to overcome the common challenges exclusively exhibited in soft robotics. Specifically, we introduce a unique SRH revolute joint enabled by a single thermoplastic polyurethane-MBSPA and rigid components to tackle the limitations of existing soft pneumatic actuators (SPAs), such as restricted payload capacity, vulnerability to external damages, and lack of resilience against outdoor environment. The proposed SRH system entails rigid components encapsulating to protect the MBSPA throughout the entirety of the desired range of motion, and demonstrates improved displacement efficiency, force output, and resilience against external loads. The rigid components also help to stabilize the axis of motion, fostering high durability and repeatable motion. We also extend this concept to a one-degree of freedom SRH prismatic joint. Finite element method modeling is used to estimate the general actuator performance, facilitating the design of MBSPA with limited material information and bypassing trial and error. The wider application of this research targets delicate object handling in industries such as agriculture, encouraging safe and efficient automated harvesting. The article includes thorough actuator performance characterization including displacement, frequency response, durability with life cycle testing up to 25,000 cycles, force output, stiffness, and power density. Performance comparisons with other SPA are provided. A proof of concept 3-point gripper enabled by the proposed SRH joints is capable of gripping objects of various sizes and shapes, with detailed workspace analysis and demonstration showing the gripper's versatility. The SRH system presented here lays a robust foundation for the ongoing advancement of soft robotic technology toward real-life applications, unveiling the potential for a future in which robots operate efficiently in the targeted applications, aiming to integrate seamlessly into workflows with human workers.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».