Anisotropic Soft Robots Based on 3D Printed Meso-Structured Materials: Design, Modeling by Homogenization and Simulation

Autor: Olivier Goury, Jonàs Martínez, Hervé Delingette, Christian Duriez, Sylvain Lefebvre, Felix Vanneste
Přispěvatelé: Deformable Robots Simulation Team (DEFROST ), Inria Lille - Nord Europe, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 (CRIStAL), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Geometry and Lighting (ALICE), Inria Nancy - Grand Est, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Department of Algorithms, Computation, Image and Geometry (LORIA - ALGO), Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Matter from Graphics (MFX), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA), Hauts de France Region, SOFA, ANR-17-CE10-0002,MuFFin,Microstructures procedurales et stochastiques pour la fabrication fonctionnelle(2017), Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille (CRIStAL) - UMR 9189 (CRIStAL), Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille (CRIStAL) - UMR 9189 (CRIStAL), Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Côte d'Azur (UCA), Department of Algorithms, Computation, Image and Geometry (LORIA - ALGO), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Nancy - Grand Est, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Rok vydání: 2020
Předmět:
0209 industrial biotechnology
3d printed
Kinematics
Control and Optimization
Computer science
Additive Manufacturing
Simulation and Animation
Biomedical Engineering
Mechanical engineering
02 engineering and technology
Materials design
Homogenization (chemistry)
020901 industrial engineering & automation
Artificial Intelligence
0202 electrical engineering
electronic engineering
information engineering
medicine
[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO]
Anisotropy
ComputingMethodologies_COMPUTERGRAPHICS
Mechanical Engineering
Stiffness
020207 software engineering
Soft Robot Applications
[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation
Finite element method
Computer Science Applications
Human-Computer Interaction
Control and Systems Engineering
Robot
Computer Vision and Pattern Recognition
medicine.symptom
Soft Robot Materials and Design
Zdroj: IEEE Robotics and Automation Letters
IEEE Robotics and Automation Letters, 2020, 5 (2), pp.2380-2386. ⟨10.1109/LRA.2020.2969926⟩
IEEE Robotics and Automation Letters, IEEE 2020, 5 (2), pp.2380-2386. ⟨10.1109/LRA.2020.2969926⟩
ISSN: 2377-3774
2377-3766
DOI: 10.1109/lra.2020.2969926
Popis: International audience; In this paper, we propose to use new 3D-printed meso-structured materials to build soft robots and we present a modeling pipeline for design assistance and control. These meta-materials can be programmed before printing to target specific mechanical properties, in particular heterogeneous stiffness and anisotropic behaviour. Without changing the external shape, we show that using such meta-material can lead to a dramatic change in the kinematics of the robot. This highlights the importance of modeling. Therefore, to help the design and to control soft robots made of these meso-structured materials, we present a modeling method based on numerical homogenization and Finite Element Method (FEM) that captures the anisotropic deformations. The method is tested on a 3 axis parallel soft robot initially made of silicone. We demonstrate the change in kinematics when the robot is built with meso-structured materials and compare its behavior with modeling results.
Databáze: OpenAIRE
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