공압형 종이 접기 방식 인공 근육의 특성 분석 및 형상 적응을 위한 소프트 그리퍼로의 응용 = A Study of the Characteristics of a Pneumatic Origami-inspired Artificial Muscle and its Application to a Soft Gripper for Shape Adaptation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents the mathematical modeling of a pneumatic origami-inspired artificial muscle and experimental results identifying its dynamic characteristics. Since manufacturing the pneumatic origami-inspired artificial muscle involves a simple process with high power-to-weight efficiency it has great potential in various fields. Therefore, a soft gripper using the proposed artificial muscle was developed to attach on a conventional robot. Various tests confirmed that the soft gripper could grasp objects stably by adjusting its own flexible structure regardless of the shape or orientation of objects to be picked up.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 공압형 종이 접기 방식 인공 근육의 구동력을 예측하는 수학적 모델링을 제시하고 실험을 통해서 근육의 동특성과 모델의 예측 성능을 확인한다. 공압형 종이 접기 방식 인공 근육은 제조 공정이 간단하고 가볍고 에너지 효율이 높기 때문에 여러 분야에서 응용성을 가질 수 있다. 제안된 인공 근육의 제조 원리를 적용하여 로봇의 말단 효과 장치에 부착 가능한 소프트 그리퍼를 개발하였다. 다양한 실험을 통해서 개발된 소프트 그리퍼는 외부 센서의 도움없이 물체의 형상과 위치에 맞도록 자신의 유연한 재질을 수동적으로 변형하여 물체를 손상없이 안정적으로 파지하였다.

참고문헌 (Reference)

1 조맹효, "반복적인 작동을 위한 형상기억합금의 특성 실험과 거동 전산 모사" 대한기계학회 31 (31): 373-379, 2007

2 Schulte Jr., "The Application of External Power in Prosthetics and Orthotics:Appendix H" National Academy of Sciences 94-115, 1961

3 De Luca, A., "Sensorless Robot Collision Detection and Hybrid Force/Motion Control" 1011-1016, 2005

4 Heinzmann, J., "Quantitative Safety Guarantees for Physical Human-Robot Interaction" 22 (22): 479-504, 2003

5 Daerden, F., "Pneumatic Artificial Muscles : Actuators for Robotics and Automation" 47 : 10-21, 2002

6 Anderson, I. A., "Multi-functional Dielectric Elastomer Artificial Muscles for Soft and Smart Machines" 112 (112): 41-101, 2012

7 Japanzor, "Miura-Ori Origami Tessellation Tuturial"

8 Sadeghi, A., "Innovative Soft Robots Based on Electro-rheological Fluids" 4237-4242, 2003

9 Li, S., "Fluid-driven Origami-inspired Artificial Muscles" 114 (114): 13132-13137, 2017

10 Kang, B. S, "Fast and Soft Manipulation of Flexible Materials using a Soft Gripper and a Parallel Robot" 2018

11 Tsagarakis, N. G., "Development and Control of a Soft-actuated Exoskeleton for Use in Physiotherapy and Training" 15 : 21-33, 2003

12 Wang, L., "Deformation in Softmatter Robotics : A Categorization and Quantitative Characterization" 22 : 125-139, 2015

13 Zhakypov, Z., "An Origami-inspired Reconfigurable Suction Gripper for Picking Objects with Variable Shape and Size" 3 (3): 2894-2901, 2018

14 Onai, C. D., "An Origami-inspired Approach to Worm Robots" 18 (18): 430-438, 2013

15 Jani, J. M., "A Review of Shape Memory Alloy Research, Applications and Opportunities" 56 : 1078-1113, 2003