A Compliant Robotic Leg Based on Fibre Jamming

要約

人間は、突発的で予測不可能な外乱に対して、筋肉の粘弾性特性を利用した即時的な機械的応答によって反応し、バランスを維持するための自動修正運動を行う驚くべき能力を持っている。本論文では、このメカニズムに着想を得た新しいロボット脚の設計を提案する。マルチマテリアル繊維を詰めた腱を開発し、関節剛性を可変にし、安定性を向上させる受動的コンプライアント機構としての利用を実証する。数値シミュレーションと広範な実験を通じて、我々のシステムが潜在的に有益なコンプライアンス体制を幅広く実現できることを実証する。回転摂動に抵抗する個々の腱の力の寄与を評価することにより、各腱の役割と寄与を定量的に示す。また、歩行サイクル全体を通して腱の剛性を変化させるバイオインスパイアされた歩行をプログラムした歩行実験を行い、安定した一貫した挙動を実証しました。このようなシステムを脚型ロボットに組み込んだ場合、脚の形態学的特性によってコンプライアンスと衝撃吸収を完全に提供できる可能性を示す。

要約(オリジナル)

Humans possess a remarkable ability to react to sudden and unpredictable perturbations through immediate mechanical responses, which harness the visco-elastic properties of muscles to perform auto-corrective movements to maintain balance. In this paper, we propose a novel design of a robotic leg inspired by this mechanism. We develop multi-material fibre jammed tendons, and demonstrate their use as passive compliant mechanisms to achieve variable joint stiffness and improve stability. Through numerical simulations and extensive experimentation, we demonstrate the ability for our system to achieve a wide range of potentially beneficial compliance regimes. We show the role and contribution of each tendon quantitatively by evaluating their individual force contribution in resisting rotational perturbations. We also perform walking experiments with programmed bioinspired gaits that varying the stiffness of the tendons throughout the gait cycle, demonstrating a stable and consistent behaviour. We show the potential of such systems when integrated into legged robots, where compliance and shock absorption can be provided entirely through the morphological properties of the leg.

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