Single-Actuator Soft Robot for In-Pipe Crawling

执行机构 爬行 机器人 气动执行机构 机械工程 非线性系统 屈曲 工程类 计算机科学 材料科学 结构工程 人工智能 电气工程 物理 解剖 医学 量子力学
作者
Ying Lin,Yi-Xian Xu,Jia‐Yang Juang
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert]
卷期号:10 (1): 174-186 被引量:30
标识
DOI:10.1089/soro.2021.0220
摘要

Pipe inspection and maintenance are necessary to prevent economic and casualty losses due to leakage of fluids from damaged pipes. In-pipe soft robots made of highly deformable materials have been proposed to meet the needs, yet most of those comprise multiple segments and require multiple actuators controlled independently, resulting in less compact structures and more demanding control schemes. In this study, we harness the highly nonlinear buckling of elastic ribbons and bioinspired artificial muscles to significantly enhance the crawling capability of a single-actuator soft robot. Our prototype robot consists of a McKibben pneumatic actuator surrounded by three longitudinally arranged elastic ribbons. These tailored ribbons are three-dimensional (3D) printed and can be buckled into highly deformed 3D shapes upon inflation of the actuator. First, we show that the robot exhibits strong anisotropic friction when fully buckled. Then, we demonstrate that by simple open-loop on/off control, our robot achieves robust crawling in horizontal, vertical, bent pipes and even wet pipes partially or filled with water. It can also adapt to pipes with some variations in diameter. Using only one actuator lowers the complexity of robot structure and pneumatic system, offering high potential for new applications at different scales.
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