A Compact Optical Six-Axis Force/Torque Sensor for Legged Robots Using a Polymorphic Calibration Method

要約

この論文では、脚式ロボットでの使用を目的とした小型、軽量の 6 軸力/トルク センサーの新しい設計を紹介します。
この設計は製造の容易化とコスト削減を促進すると同時に、校正プロセスを簡素化し労力を最小限に抑える革新的な校正方法を導入しています。
このセンサーの利点は、耐久性を高めるために構造を合理化し、非接触センサーを実装し、市販のセンサーと比較して広い検出範囲を提供することによって実現されます。
単純な構造を維持するために、この論文では、感知素子が面内に配置されるフォトカプラを使用した力感知スキームを提案しています。
この戦略により、すべてのセンシング要素を単一のプリント基板上に製造できるため、センシング要素の接着やコーティングなどの手作業が不要になります。
プロトタイプのセンサーには 4 つの部品しか含まれておらず、コストは 250 ドル未満で、高い応答周波数と性能を示します。
従来の校正方法には、特殊な機器や多大な労力が必要になるなどの課題があります。
専用の機器を必要とせずに簡単に校正を行うために、最適制御を用いた新しい手法を提案します。
これらのアイデアの実現可能性を検証するために、6 軸 F/T センサーを試作しました。
その性能が評価され、基準 F/T センサーおよび以前の校正方法と比較されました。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel design for a compact, lightweight 6-axis force/torque sensor intended for use in legged robots. The design promotes easy manufacturing and cost reduction, while introducing innovative calibration methods that simplify the calibration process and minimize effort. The sensor’s advantages are achieved by streamlining the structure for durability, implementing noncontact sensors, and providing a wider sensing range compared to commercial sensors. To maintain a simple structure, the paper proposes a force sensing scheme using photocouplers where the sensing elements are aligned in-plane. This strategy enables all sensing elements to be fabricated on a single printed circuit board, eliminating manual labor tasks such as bonding and coating the sensing elements. The prototype sensor contains only four parts, costs less than $250, and exhibits high response frequency and performance. Traditional calibration methods present challenges, such as the need for specialized equipment and extensive labor. To facilitate easy calibration without the need for specialized equipment, a new method using optimal control is proposed. To verify the feasibility of these ideas, a prototype six-axis F/T sensor was manufactured. Its performance was evaluated and compared to a reference F/T sensor and previous calibration methods.

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