Analytical Model and Experimental Testing of the SoftFoot: an Adaptive Robot Foot for Walking over Obstacles and Irregular Terrains

要約

ロボットの足は、特に平坦でない地形での歩行中に動的安定性を維持し、体を推進するために非常に重要です。
従来、ロボットの足は主に平らで硬い金属片として設計されていましたが、ロボットが不規則な地面を踏む必要がある場合、その制限に適合します。
石。
このような足元にコンプライアンスを追加すれば問題は解決すると考える人もいるかもしれませんが、そうではありません。
この問題に対処するために、不整地での歩行パフォーマンスを向上させる適応型足部デザインである SoftFoot を導入しました。
提案された設計は完全に受動的であり、構造内に適切に配置されたプーリー、腱、およびスプリングのシステムを通じて、加えられた力に基づいて形状と剛性が変化します。
この文書では、SoftFoot の背後にある動機を概説し、その最終設計に至った理論モデルについて説明します。
提案されたシステムは実験的にテストされ、同様の設置面積と靴底を備えた 2 つの類似した従来の足、つまり硬い足と柔軟な足と比較されました。
実験的検証は、等価支持面の延長と足首の代償角度の観点から測定される立位パフォーマンスの分析と、予期せぬ障害物を踏むなどのイベントで重要となる衝撃力の拒絶に焦点を当てています。
結果は、SoftFoot が障害物の上に立ったときに最大の等価支持面を持ち、コンプライアントな足とほぼ同じ方法で衝撃荷重を吸収することを示しています。

要約(オリジナル)

Robot feet are crucial for maintaining dynamic stability and propelling the body during walking, especially on uneven terrains. Traditionally, robot feet were mostly designed as flat and stiff pieces of metal, which meets its limitations when the robot is required to step on irregular grounds, e.g. stones. While one could think that adding compliance under such feet would solve the problem, this is not the case. To address this problem, we introduced the SoftFoot, an adaptive foot design that can enhance walking performance over irregular grounds. The proposed design is completely passive and varies its shape and stiffness based on the exerted forces, through a system of pulley, tendons, and springs opportunely placed in the structure. This paper outlines the motivation behind the SoftFoot and describes the theoretical model which led to its final design. The proposed system has been experimentally tested and compared with two analogous conventional feet, a rigid one and a compliant one, with similar footprints and soles. The experimental validation focuses on the analysis of the standing performance, measured in terms of the equivalent support surface extension and the compensatory ankle angle, and the rejection of impulsive forces, which is important in events such as stepping on unforeseen obstacles. Results show that the SoftFoot has the largest equivalent support surface when standing on obstacles, and absorbs impulsive loads in a way almost as good as a compliant foot.

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