Stiffness variation and real-time position feedback are critical for any robotic system but most importantly for active and wearable devices to interact with the user and environment. Currently, for compact sizes, there is a lack of solutions bringing high-fidelity feedback and maintaining design and functional integrity. In this work, we propose a novel minimal clutch with integrated stiffness variation and real-time position feedback whose performance surpasses conventional jamming solutions. We introduce integrated design, modeling, and verification of the clutch in detail. Preliminary experimental results show the change in impedance force of the clutch is close to 24-fold at the maximum force density of 15.64 N/cm2. We validated the clutch experimentally in (1) enhancing the bending stiffness of a soft actuator to increase a soft manipulator's gripping force by 73%; (2) enabling a soft cylindrical actuator to execute omnidirectional movement; (3) providing real-time position feedback for hand posture detection and impedance force for kinesthetic haptic feedback. This manuscript presents the functional components with a focus on the integrated design methodology, which will have an impact on the development of soft robots and wearable devices.


翻译:硬性变异和实时位置反馈对于任何机器人系统都至关重要,但最重要的是,对于主动和磨损装置与用户和环境互动至关重要。目前,对于紧凑尺寸而言,缺乏能带来高度不忠反馈并保持设计和功能完整性的解决办法。在这项工作中,我们提出一个新的最小离合器,具有综合硬性变异和实时位置反馈,其性能超过常规干扰解决方案;我们引入综合设计、建模和详细核实离合器。初步实验结果显示,离合器阻力变化在最大强度为15.64牛身/牛身2时接近24倍。我们实验验证离合器的离合器:(1) 软动动器的弯曲性硬性,以增加73%的软性操纵器控制力;(2) 使软性圆柱动动动器能够进行超常规干扰动作;(3) 提供实时位置反馈,用于手势姿态探测和阻力,以动动能回馈感。本展示功能组件,重点是综合设计方法,将对软性机器人和磨损装置的发展产生影响。

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