基于剪纸启发平面制造方法的双稳态软体可展开结构设计
机器人学
2023-02-15 v2 应用物理
摘要
全软体双稳态机构已展现出从软体机器人、可穿戴设备、医疗工具到能量收集等广泛应用。然而，缺乏简便且具潜在可扩展性的设计与制造方法，限制了其进一步进入主流应用。本文提出一种自上而下的平面方法，将剪纸启发工程与预拉伸工艺相结合。利用该方法，以平面方式制备剪纸-预拉伸基底-剪纸三层前驱体；释放后，层间由于基底预拉伸引起的应变失配会诱发面外屈曲，从而实现目标三维(3D)双稳态结构。通过结合实验表征、解析建模与有限元模拟，探究了剪纸层图案尺寸与预拉伸对所得3D复合材料几何形状与稳定性的影响。此外，研究了实现任意形状软体双稳态结构及具有多稳态构型的软复合材料的方法，这有望促进进一步应用。我们利用双稳态软体剪纸复合材料构建了两种软机器以演示该方法：(i) 可轻柔抓取不同形状与尺寸易损物体的双稳态软体夹爪；(ii) 受捕蝇草启发、可自主探测并捕获物体的机器人。
引用
@article{arxiv.2301.09179,
title = {Design of Bistable Soft Deployable Structures via a Kirigami-inspired Planar Fabrication Approach},
author = {Mrunmayi Mungekar and Leixin Ma and Wenzhong Yan and Vishal Kackar and Shyan Shokrzadeh and M. Khalid Jawed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.09179},
year = {2023}
}