Development and Characteristics of a Highly Biomimetic Robotic Shoulder Through Bionics-Inspired Optimization

要約

この論文では、従来のロボット アームと生体模倣ロボット アームを批判的に分析し、現在の生体模倣モデルにおけるサイズ、動作範囲、耐荷重の間のトレードオフを強調しています。
人間の肩の機械的知性、特にその独自のボールとソケットの構造やセルフロック機構などの肩甲上腕関節の複雑な機能を掘り下げることにより、コンパクトさを維持しながら安定性と可動性の両方を強化するイノベーションを特定します。
これらの洞察を実証するために、靱帯から腱に至る人間の筋骨格要素を忠実に再現し、生物学的関節の機械的知能を統合する、画期的な生体模倣ロボット肩上腕関節を紹介します。
当社の徹底的なシミュレーションとテストにより、ロボット関節の柔軟性と耐荷重性が向上していることが明らかになりました。
先進的なロボット アームは、広範囲の動作や 4 kg のペイロード容量などの注目すべき機能を発揮し、1.5 Nm を超えるトルクを発揮します。
この研究は、人間の肩関節の機械的革新を裏付けるだけでなく、次世代の生体模倣ロボットアームの先駆的な設計を導入し、ロボット技術の新たなベンチマークを設定しました。

要約(オリジナル)

This paper critically analyzes conventional and biomimetic robotic arms, underscoring the trade-offs between size, motion range, and load capacity in current biomimetic models. By delving into the human shoulder’s mechanical intelligence, particularly the glenohumeral joint’s intricate features such as its unique ball-and-socket structure and self-locking mechanism, we pinpoint innovations that bolster both stability and mobility while maintaining compactness. To substantiate these insights, we present a groundbreaking biomimetic robotic glenohumeral joint that authentically mirrors human musculoskeletal elements, from ligaments to tendons, integrating the biological joint’s mechanical intelligence. Our exhaustive simulations and tests reveal enhanced flexibility and load capacity for the robotic joint. The advanced robotic arm demonstrates notable capabilities, including a significant range of motions and a 4 kg payload capacity, even exerting over 1.5 Nm torque. This study not only confirms the human shoulder joint’s mechanical innovations but also introduces a pioneering design for a next-generation biomimetic robotic arm, setting a new benchmark in robotic technology.

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