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.

A soft quadruped robot is being developed at the Department of Machine Design and Department of Production Engineering at KTH. The legs of the robot consist of four continuum actuators that can achieve complex movements. In order to efficiently develop gaits for the robot, reinforcement learning will be used. The learning process will use data from simulation instead of directly from the real robot to save time and resources. However, it is significantly more computationally expensive to simulate soft robotics than rigid, because the physical laws of flexible materials are inherently complex. Because of this, soft robot simulations tend to be slower which limits their usability for reinforcement learning. This thesis explores simulation modelling options in Matlab Simscape for the soft quadruped robot, that can be used in reinforcement learning. Four simulation models of the soft actuator were implemented in order to be tested and compared. Two actuation methods and two build options were chosen based on the literature study and related works, and were then permuted for the different combinations. The tested combinations are: lumped-parameter method actuated by internal force, flexible beam actuated by internal force, lumped-parameter method actuated by cable/pulley network and flexible beam actuated by cable/pulley network. The four actuators were built and tested separately. Computational time and simulation-to-reality gap were used for evaluating the modeling methods. The results show that the best option when modelling the soft actuator for reinforcement learning in Matlab Simscape is to use the lumped-parameter method in combination with a cable and pulley network. High accuracy level can still be achieved despite not keeping the true number of attachment points between the cable and actuator. The number of pulleys in the model is linearly correlated to the time cost required to simulate the model. / En mjuk fyrbent robot är under utveckling vid institutionen för maskinkonstruktion och institutionen för industriell produktion på KTH. Robotens ben består av fyra kontinuerligt deformerbara ställdon som kan åstadkomma komplexa rörelser. För att effektivt utveckla gångstilar till roboten kommer förstärkt inlärning att användas. Inlärningsprocessen kommer att använda data från simulering istället för från den fysiska roboten för att spara tid och resurser. Det är dock betydligt dyrare beräkningsmässigt att simulera mjuk robotik än styv, eftersom flexibla material är mer komplexa. På grund av detta tenderar simuleringar av mjuka robotar att vara långsammare, vilket begränsar deras användbarhet för förstärkt inlärning. Detta examensarbete utforskar därför alternativ för modellering och simulering av den mjuka fyrbenta roboten i Matlab Simscape, med målet att den ska kunna användas med förstärkt inlärning. Fyra olika simuleringsmodeller av det mjuka ställdonet implementerades för att testas och jämföras. Två aktiveringsmetoder och två konstruktionsalternativ valdes baserat på litteraturstudien och relaterade arbeten, och permuterades sedan till möjliga versioner. De testade versionerna är således: klumpparametermetod som aktiveras av intern kraft, flexibel balk som aktiveras av intern kraft, klumpparametermetod som aktiveras av kabelnätverk och flexibel balk som aktiveras av kabelnätverk. De fyra ställdonen byggdes och testades separat. Beräkningstid och grad av verklighetstrogenhet, användes för att jämföra resultaten av dessa tester. Resultaten visar att det bästa alternativet vid modellering av det mjuka ställdonet för förstärkt inlärning i Matlab Simscape är att använda klumpparametermetoden i kombination med ett kabelnätverk. Hög noggrannhetsnivå kan uppnås trots att man inte bibehåller det verkliga antalet fästpunkter mellan kabeln och ställdonet. Antalet fästpunkter för kabeln i modellen är linjärt korrelerat till den tidskostnad som krävs för att simulera modellen.