Magnetically Actuated Millimeter-Scale Biped

要約

この論文では、二足歩行を研究するための新しいアプローチを紹介します。
このアプローチは、磁気作動の小型ロボットに基づいています。
二足歩行機械の試作品の製作は、非常に費用がかかり、過度に複雑でした。
Big Foot と呼ばれる磁気作動の 0.3gm ロボットを使用して、非常に複雑で高価な二足歩行マシンを必要とせずに基本的なアイデアをテストできることを実証します。
二足歩行における 2 つの古い問題を分析的および実験的に調査します。
2. 連続的または衝動的な作動スキームを使用する方が良いですか?
最初に、磁気作動式小型ロボットの動力学と安定性を研究するために、数値モデルが開発されました。
特に、安定性とパフォーマンスの指標に重点を置いています。
次に、これらの結果は Big Foot を使用してテストされます。
純粋な股関節の作動は、上り坂での歩行の生成に成功しています。
さらに、規定された歩行軌道をたどったり、迷路をナビゲートしたりするなどの複雑なタスクが、実験用プロトタイプによって正常に実行されました。
股関節トルクの性質とタイミングも研究されています。
ヒール ストライク アクチュエーションと定パルス波アクチュエーションの 2 つのアクチュエーション方式が使用されます。
各スキームでは、印加磁場の持続時間も変化させます。
Heel Strike 作動は、Constant Pulse Wave オプションよりも優れた安定性、より均一な歩容生成、およびより速い移動が見られます。
しかし、Constant Pulse Wave は、より急な斜面での移動を実現します。

要約(オリジナル)

This paper introduces a new approach to studying bipedal locomotion. The approach is based on magnetically actuated miniature robots. Building prototypes of bipedal locomotion machines has been very costly and overly complicated. We demonstrate that a magnetically actuated 0.3~gm robot, we call Big Foot, can be used to test fundamental ideas without necessitating very complex and expensive bipedal machines. We explore analytically and experimentally two age old questions in bipedal locomotion: 1. Can such robots be driven with pure hip actuation. 2. Is it better to use continuous or impulsive actuation schemes. First, a numerical model has been developed in order to study the dynamics and stability of a magnetically actuated miniature robot. We particularly focus on stability and performance metrics. Then, these results are tested using Big Foot. Pure hip actuation has been successful in generating gait on uphill surfaces. In addition, complex tasks such as following prescribed gait trajectories and navigating through a maze has been successfully performed by the experimental prototype. The nature and timing of hip torques are also studied. Two actuation schemes are used: Heel Strike Actuation and Constant Pulse Wave Actuation. With each scheme, we also vary the time duration of the applied magnetic field. Heel Strike actuation is found to have superior stability, more uniform gait generation, and faster locomotion than the Constant Pulse Wave option. But, Constant Pulse Wave achieves locomotion on steeper slopes.

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