Compliant actuators that mimic biological muscle performance with applications in a highly biomimetic robotic arm

要約

この論文は、靱帯骨格をヒントにしたロボットの筋肉アクチュエータ設計における既存のギャップを埋めることを目指し、それによってこれらのロボット システムの進化を促進します。
我々は、内部ねじりばねコンプライアント アクチュエータ (ICA) と外部ばねコンプライアント アクチュエータ (ECA) という 2 つの新しいコンプライアント アクチュエータを紹介し、計算結果と実験結果を通じて、以前に考案された磁石一体型ソフト アクチュエータ (MISA) との比較分析を示します。
これらのアクチュエーターはモーター腱システムを採用しており、生物学的な筋肉のような形状をエミュレートし、人工筋肉技術を強化します。
骨格靱帯システムからインスピレーションを得たロボット アーム アプリケーションが紹介されています。
実験では、ダンベルの持ち上げ (ピーク電力: 36 W)、卓球 (エンドエフェクターの速度: 3.2 m/s)、ドアの開閉などのタスクにおいて、生体模倣の美しさを損なうことなく、満足のいくパワーを実証しました。
他の線形剛性シリアル弾性アクチュエータ (SEA) と比較して、ECA と ICA はそれぞれ高い出力対体積比 (361 x 10^3 W/m) と出力対質量比 (111.6 W/kg) を示し、生体模倣を裏付けています。
ロボット開発におけるデザインの約束。

要約(オリジナル)

This paper endeavours to bridge the existing gap in muscular actuator design for ligament-skeletal-inspired robots, thereby fostering the evolution of these robotic systems. We introduce two novel compliant actuators, namely the Internal Torsion Spring Compliant Actuator (ICA) and the External Spring Compliant Actuator (ECA), and present a comparative analysis against the previously conceived Magnet Integrated Soft Actuator (MISA) through computational and experimental results. These actuators, employing a motor-tendon system, emulate biological muscle-like forms, enhancing artificial muscle technology. A robotic arm application inspired by the skeletal ligament system is presented. Experiments demonstrate satisfactory power in tasks like lifting dumbbells (peak power: 36W), playing table tennis (end-effector speed: 3.2 m/s), and door opening, without compromising biomimetic aesthetics. Compared to other linear stiffness serial elastic actuators (SEAs), ECA and ICA exhibit high power-to-volume (361 x 10^3 W/m) and power-to-mass (111.6 W/kg) ratios respectively, endorsing the biomimetic design’s promise in robotic development.

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