Twisted string actuators (TSAs) have exhibited great promise in robotic applications by generating high translational force with low input torque. To further facilitate their robotic applications, it is strongly desirable but challenging to enhance their consistent strain generation while maintaining compliance. Existing studies predominantly considered overtwisting and coiling after the regular twisting stage to be undesirable non-uniform and unpredictable knots, entanglements, and coils formed to create an unstable and failure-prone structure. Overtwisting would work well for TSAs when uniform coils can be consistently formed. In this study, we realize uniform and consistent coil formation in overtwisted TSAs, which greatly increases their strain. Furthermore, we investigate methods for enabling uniform coil formation upon overtwisting the strings in a TSA and present a procedure to systematically "train" the strings. To the authors' best knowledge, this is the first study to experimentally investigate overtwisting for TSAs with different stiffnesses and realize consistent uniform coil formation. Ultra-high molecular-weight polyethylene (UHMWPE) strings form the stiff TSAs whereas compliant TSAs are realized with stretchable and conductive supercoiled polymer (SCP) strings. The strain, force, velocity, and torque of each overtwisted TSA was studied. Overtwisting and coiling resulted in approximately 70% strain in stiff TSAs and approximately 60% strain in compliant TSAs. This is more than twice the strain achieved through regular twisting. Lastly, the overtwisted TSA was successfully demonstrated in a robotic bicep.


翻译:在机器人应用中,通过产生高翻译力和低输入硬度的低输入硬度,电线导线触发器(TSAs)在机器人应用中表现出了巨大的希望。为了进一步便利机器人应用,在保持合规的同时,加强机器人应用是十分可取的,但具有挑战性,以强化其持续产生的压力。现有的研究主要被认为是在正常扭曲阶段后进行粗略的旋转和粘合,以形成不可取的不统一和不可预测的结节、纠结和粘合结构。当能够持续形成统一的螺旋时,涂层涂层会对TSAs产生良好的效果。在这项研究中,TQSASA的超重度和一致的螺旋结构形成,TSA的超重分子重量和一致的螺旋结构(TASA的超重性硬度和超硬度,TASA的超重性硬度(UMWP),TSA的超重度和超重性硬度(TSA的硬性硬度),TSA的硬度(TSA的硬度和超重) 和超硬性硬性硬性(UCSA) 和超重的连(TSA) 和超重的硬性(THEVSA的研制),TSA的研制,TSA的硬性能、超硬性能)。

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