Soft robotics: applications, design and control

Terrile, Silvia (2022). Soft robotics: applications, design and control. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Industriales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.70194.

Description

Title: Soft robotics: applications, design and control
Author/s:
  • Terrile, Silvia
Contributor/s:
  • Barrientos Cruz, Antonio
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 23 March 2022
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

This work studies soft robots in their different applications fields. Soft robotics is a relatively new field of robotics characterized above all by the use of soft materials that allow obtaining more flexible robots that adapt better to their environment and interact more safely with people. Despite having many advantages, their flexibility and softness make them much more complicated to model and control than conventional robots. This work begins by offering an updated state of the art on soft robots, proposing a definition and dividing them into four large groups: bio-inspired, manipulators, grippers, and wearable. The different prototypes realized are presented for each group, showing the design and control used in each case. In some cases, the use of more conventional actuators as motors is compared with others better adapted to soft prototypes such as SMA (Shape Memory Alloy). The use of the SMA is an added challenge in the already complicated world of soft robotics due to its difficult control. Concerning bio-inspired robots, the developments of a starfish and a jellyfish actuated with SMA and a preliminary study on plants are presented. Concerning manipulative robots, two prototypes are presented, both continuous and soft, but actuated in one case with motors and the other with SMA springs. Regarding the grippers, the comparison of four different soft gripper solutions is presented, being able to see the advantages and defects of each one and have chosen, in this case, pneumatic actuators and motors. Finally, different prototypes are developed concerning wearable devices divided into haptic devices and exoskeletons. In all cases, these are gloves whose purpose is to rehabilitate the hand. Therefore, the main objective is to propose prototypes that are light and adapt better to the hand, and consequently, SMA has been used to actuate them. These devices have also been integrated into virtual reality environments in some cases. In summary, different designs, actuators, manufacturing systems, modeling, and controls have been analyzed in soft robotics, proposing improvements and new designs in different cases. ----------RESUMEN---------- Este trabajo estudia los robots blandos en sus diferentes campos de aplicaciones. La robótica soft es un campo relativamente nuevo de la robótica que es caracterizado sobre todo por el uso de materiales blandos que permiten obtener robots más flexibles, que se adaptan mejor a su entorno y que interactúan de forma más segura con las personas. A pesar de presentar muchas ventajas, su propia flexibilidad y capacidad de deformarse antes esfuerzos externos hacen que su modelado y control sea considerablemente más complejo que en el caso de los robots convencionales. Este trabajo empieza ofreciendo un actualizado estado del arte sobre los robots blandos, proponiendo una definición de los mismos y subdividiéndolos en cuatro grandes grupos: bio-inspirados, manipuladores, grippers, y wereable. Para cada uno de estos grupos se presentan los diferentes prototipos realizados, presentando el diseño y el control empleados en cada ocasión. En algunos casos se compara el uso de actuadores más convencionales como motores, con otros que se adaptan mejor a los prototipos blandos como las SMA (Shape Memory Alloy). El uso de las SMA supone un reto añadido en el ya complejo mundo de la robótica blanda por su complicado control. Con respecto a los robots bio-inspirados se presentan los desarrollos de una estrella de mar y de una medusa actuados con SMA y un estudio preliminar sobre plantas robóticas. Con respecto a los robots manipuladores se presentan dos prototipos, ambos continuos y blandos, pero actuados en un caso con motores y en el otro con muelles de SMA. Con respecto a las garras se presenta la comparación de cuatro diferentes soluciones de garras blandas, analizando las ventajas y defectos de cada una y habiendo elegido en este caso actuadores neumáticos y motores. Por último, con respecto a los dispositivos vestibles se presenta el desarrollo de diferentes prototipos que se pueden dividir en dos categorías: los dispositivos hápticos y los exoesqueletos. En todos los casos se trata de guantes cuyo fin es la rehabilitación de la mano. Por ende, el objetivo principal es proponer prototipos que sean ligeros y se adapten mejor a la mano, y en consecuencia para actuarlos se ha empleado SMA. En algunos casos estos dispositivos han sido también integrados en entornos de realidad virtual. En resumen, se han analizado diferentes diseños, actuadores, sistemas de fabricación, métodos de modelado y controles en el ámbito de la robótica blanda, proponiendo mejoras y nuevos diseños en los diferentes casos.

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Item ID: 70194
DC Identifier: https://oa.upm.es/70194/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:70194
DOI: 10.20868/UPM.thesis.70194
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 06 Apr 2022 05:40
Last Modified: 06 Oct 2022 22:30
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