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A Passively Conforming Soft Robotic Gripper with Three-Dimensional Negative Bending Stiffness Fingers

夹持器 抓住 刚度 杂乱 机器人 工作区 弯曲 计算机科学 人工智能 软机器人 光学(聚焦) 工程类 计算机视觉 模拟 机械工程 结构工程 物理 雷达 光学 电信 程序设计语言
作者
Ashley H. Chu,Tianyu Cheng,Arnold Muralt,Çağdaş D. Önal
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:10 (3): 556-567 被引量:2
标识
DOI:10.1089/soro.2021.0200
摘要

Robot grippers that lack physical compliance have a difficult time dealing with uncertainty, such as fragile objects that may not have well-defined shapes. Existing soft robotic grippers require a large empty workspace for their actuated fingers to curl around the objects of interest, limiting their performance in clutter. This article presents a three-dimensional structure that exhibits negative stiffness in every bending direction used as fingers in a class of soft robotic grippers. Our approach exploits a compliant mechanism in a conical shape such that a transverse external contact force causes the fingers to bend toward the contact, enabling passive conformation for an adaptive grasp, even in clutter. We show analytically and experimentally that the proposed fingers have a negative bending response and that they conform to objects of various diameters. We demonstrate a soft robotic gripper with three self-conforming fingers performing the following: (1) fingertip grasping, (2) power grasping, and (3) semipassive grasping in clutter. Grasping experiments focus on picking fruits, which exemplify delicate objects with unmodeled shapes with significant variation. The experimental results reveal the ability of the self-conforming structure to smoothly envelope a broad range of objects and demonstrate a 100% grasp success rate in the experiments performed. The proposed passively conforming fingers enable picking of complex and unknown geometries without disturbing nearby objects in clutter and without the need for complex grasping algorithms. The proposed structures can be tailored to deform in desired ways, enabling a robust strategy for the engineering of physical compliance for adaptive soft structures.
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