Design and Validation of an Origami Paper-Based Gripper
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The present research introduces an innovative, cost-effective approach to robotic gripper design, utilizing origami-based engineering to overcome the complexities and high costs associated with conventional grippers. We developed a lightweight origami gripper that transitions from a square to a rhombus shape through simple manual folding. This type of device has certain features depending on how folding lines are placed, design parameters, folding orientation, and material thickness. This transformation enables efficient grasping and gap bridging, a significant advancement over the limited capabilities of traditional paper-based origami grippers. The proposed gripper was tested in two different materials, namely, cardstock paper and plastic sheet, both of which were able to hold most common objects properly such as a stuffed toy, phone stand, bottle cap, wine cork, magic cube, and similar-sized items. However, in terms of lifted weight, the plastic gripper performed better during the lifting tests which were performed using a bottle of water, a scale, and identifying the maximum weight it can hold. A key aspect of our research is the geometric analysis of the gripper’s transformation, focusing on how the control angle influences the gripper’s final shape and functionality. An analytical model was developed to figure out how manual folding, specifically the angular displacement input, moves each folding line in the origami and establishes three types of folding lines in the presented origami which are valley, mountain, and contour lines. After this process, some equations were calculated to characterize this motion working with three major angle parameters alpha, beta, and gamma. The present research validates the proposed origami gripper in three major aspects; analytical modeling using angular parametric equations, computational simulation performed using Rigid Body Dynamics (RBD) as well as the lifting weight experiment to evaluate its limitations. The experimental test confirms what the theoretical analysis and computational simulation outlined regarding the predicted motion and maximum angle it can reach to close the gap. Moreover, the simulation showed and quantified critical stress zones across the origami, which are the side internal corners for the lifting experiment modeled as a sliding force. Through this investigation, we encapsulated the interplay between these parameters mathematically, enhancing our understanding of the gripper’s mechanics. Our theoretical and simulation results closely align with mathematical predictions, confirming the practicality of this design. The proposed origami gripper, with potential enhancements and an appropriate actuation mechanism, presents a promising solution for efficient, lightweight robotic grippers in various applications.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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 ».