This paper reports the findings of conceptual design and application research for a novel use of irrigation fluid power to provide mobility to a legged autonomous, tethered irrigation robot. Systems already exist to convert fluid power to rotary motion to power various irrigation systems. The conceptual designs implement a McKibben actuator to generate linear motion with water as the process fluid and a compact 3DOF spherical joint to create a modular robot leg that can be used to create a legged ambulatory robot. A six-legged robot is proposed from the conceptual design of the modular leg. Irrigation was selected as the initial leading application, however, once deployed the devices provide a field-ready platform to facilitate a whole suite of agriculturally important activities; seeding, weed suppression, pest management, soil sensing, crop growth assessment, as well as creating a robust research platform. This work is the lead in research to provide a viable mechanism to facilitate control system and dynamic modelling ahead of full-scale prototyping and field testing. / Graduate / 2021-04-08

Mjuk robotik är ett område inom robotik där mjuka material används för att skapa robotar som kan användas i kontakt med människor samt anpassa sig till okända miljöer och uppgifter. För att kunna skapa mjuka robotar behövs mjuka material med förmåga att röra sig med många frihetsgrader. Det har i tidigare forskning visat sig möjligt att integrera McKibben aktuatorer i vävda textiliers väftriktning för att skapa en konstruktion med förmågan att röra sig med en frihetsgrad. Detta arbete ämnar undersöka hur McKibben aktuatorer kan integreras i en vävd textils varp- och väftriktning med syfte att uppnå ett så högt antal frihetsgrader och rörelser som möjligt. Arbetet syftar även till att kategorisera egenskaper hos den textila struktur som tas fram på ett sätt som underlättar användningen av textil inom mjuk robotik. En vävd konstruktion bestående av en dubbelvävd tuskaftsbindning designades med kanaler i väft-och varpriktning där McKibben aktuatorer kunde placeras. Flera konstruktioner med varierande väfttäthet och antal bindepunkter tillverkades sedan för att testa hur de påverkade konstruktionens E-modul, böjstyvhet och kraftgenerering. För att undersöka hur många frihetsgrader som konstruktionen kunde uppvisa testades olika rörelser. Här undersöktes om avståndet mellan McKibben aktuatorerna hade någon påverkan på dess förmåga att röra sig. Resultaten från testerna visade att E-modulen och böjstyvheten båda ökade med ökande väfttäthet. Väfttätheten anses alltså vara en effektiv parameter för att variera tygets flexibilitet och styvhet. Antalet bindepunkter hade ingen påverkan på E-modulen och ett tydligt samband till böjstyvheten kunde inte hittas. Testerna av konstruktionens förmåga att utöva kraft visade att konstruktionen kunde utöva en signifikant kraft mellan 15 – 20 Newton. När det kom till rörelse kunde konstruktionen uppvisa fyra frihetsgrader. Det framkom att zonstorleken hade en påverkan på de olika rörelsernas storlek. Om konstruktionen placerades i en bestämd form innan McKibben aktuatorerna aktiverades upptäcktes att den kunde bibehålla denna form självständigt under en längre tid. Det ansågs därmed intressant att i framtiden undersöka om denna egenskap skulle gå att kombinera med andra rörliga textila material, för att skapa en mjuk struktur med möjligheten att anta olika komplexa tredimensionella former för användning inom mjuk robotik. / Soft robotics is a category within robotics where soft materials are used to create robots for safe use in contact with humans or capable of adapting to their surroundings. To create soft robots, the materials must be able to move with several degrees of freedom where the movement is activated by some type of actuation. Previous research has already integrated McKibben actuators in woven textiles in weft direction, with the possibility to move in one degree of freedom. This work aims to integrate McKibben actuators in both warp and weft direction to achieve as many degrees of freedom as possible. The properties of the textile structure will also be characterized based on certain properties that could facilitate its use in soft robotics. To integrate the actuators, a double woven structure was created in plain weave with channels in warp and weft direction. The parameters weft density and number of binding points were then varied to investigate their effect on the textiles Young’s modulus, flexural rigidity and force generation. The degrees of freedom were tested by creating different movements where the distance between the actuators was varied to examine its effect on the movements. Results from the tests showed increasing Young’s modulus and flexural rigidity with an increasing weft density. Weft density is therefore an effective parameter to adapt the textiles flexibility and stiffness. The number of binding points had no effect on Young’s modulus and no distinct relationship could be seen with flexural rigidity. The force generation tests showed that the structure could exhibit a force between 15 – 20 N. With the movements tested, the textile construction could achieve four degrees of freedom and it was established that the distance between the actuators influence the size of the movements. If the textile was held in a certain position before actuation, it was discovered that it could independently hold that position for a long period of time. This type of memory effect could be interesting to investigate further to achieve more complex 3D movements in textiles for use in soft robotics.

No description available.