Fluid actuated soft robots, or fluidic elastomer actuators, have shown great potential in robotic applications where large compliance and safe interaction are dominant concerns. They have been widely studied in wearable robotics, prosthetics, and rehabilitations in recent years. However, such soft robots and actuators are tethered to a bulky pump and controlled by various valves, limiting their applications to a small confined space. In this study, we report a new and effective approach to fluidic power actuation that is untethered, easy to design, fabricate, control, and allows various modes of actuation. In the proposed approach, a sealed elastic tube filled with fluid (gas or liquid) is segmented by adaptors. When twisting a segment, two major effects could be observed: (1) the twisted segment exhibits a contraction force and (2) other segments inflate or deform according to their constraint patterns. Utilizing such effects, various actuation modes could be realized. In this research, four modes of actuation are illustrated: (1) soft actuator and pump actuation, (2) serial actuation, (3) parallel actuation, and (4) agonist and antagonist actuation. Theoretic analysis and experimental studies for the basic actuation principle have been conducted. A case study on an anthropomorphic forearm based on the proposed twisting tube actuation has been developed to showcase the effectiveness of the actuation modes. The studies suggest that the proposed approach has a great potential in both soft and compliant robotics.

中文翻译：

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不受束缚的多模流体驱动：软和顺从机器人的新方法

流体驱动的软机器人或流体弹性体致动器在机器人应用中显示出巨大的潜力，在这些应用中，大顺应性和安全交互是主要问题。近年来，它们在可穿戴机器人、假肢和康复方面得到了广泛的研究。然而，这种软机器人和执行器被拴在一个笨重的泵上并由各种阀门控制，将它们的应用限制在一个狭小的空间内。在这项研究中，我们报告了一种新的有效的流体动力驱动方法，该方法不受束缚、易于设计、制造、控制，并允许各种驱动模式。在所提出的方法中，填充有流体（气体或液体）的密封弹性管由适配器分段。扭转一段时，可以观察到两个主要影响：(1) 扭曲的部分表现出收缩力， (2) 其他部分根据它们的约束模式膨胀或变形。利用这种效果，可以实现各种致动模式。在这项研究中，说明了四种驱动模式：（1）软驱动器和泵驱动，（2）串行驱动，（3）并行驱动，以及（4）激动剂和拮抗剂驱动。对基本驱动原理进行了理论分析和实验研究。已经开发了一个基于所提出的扭管驱动的拟人前臂案例研究，以展示驱动模式的有效性。研究表明，所提出的方法在软机器人和柔顺机器人方面都具有巨大潜力。可实现多种驱动方式。在这项研究中，说明了四种驱动模式：（1）软驱动器和泵驱动，（2）串行驱动，（3）并行驱动，以及（4）激动剂和拮抗剂驱动。对基本驱动原理进行了理论分析和实验研究。已经开发了一个基于所提出的扭管驱动的拟人前臂案例研究，以展示驱动模式的有效性。研究表明，所提出的方法在软机器人和柔顺机器人方面都具有巨大潜力。可实现多种驱动方式。在这项研究中，说明了四种驱动模式：（1）软驱动器和泵驱动，（2）串行驱动，（3）并行驱动，以及（4）激动剂和拮抗剂驱动。对基本驱动原理进行了理论分析和实验研究。已经开发了一个基于所提出的扭管驱动的拟人前臂案例研究，以展示驱动模式的有效性。研究表明，所提出的方法在软机器人和柔顺机器人方面都具有巨大潜力。对基本驱动原理进行了理论分析和实验研究。已经开发了一个基于所提出的扭管驱动的拟人前臂案例研究，以展示驱动模式的有效性。研究表明，所提出的方法在软机器人和柔顺机器人方面都具有巨大潜力。对基本驱动原理进行了理论分析和实验研究。已经开发了一个基于所提出的扭管驱动的拟人前臂案例研究，以展示驱动模式的有效性。研究表明，所提出的方法在软机器人和柔顺机器人方面都具有巨大潜力。