要約
バネ駆動ジャンプロボットのこれまでの設計手法は、特定のタスクに対するジャンプ高さの最適化に焦点を当てていました。
その際、弾性エネルギーの蓄積とジャンプの高さを高めるための非線形バネリンク機構の使用など、数多くの設計が提案されています。
しかし、これらのシステムは、ばねエネルギーが完全に解放される前に離陸するため、理論上の最大ジャンプ高さに到達することができず、その結果、蓄積された弾性エネルギーの重力位置エネルギーへの伝達が不完全になります。
この論文では、ジャンプの加速段階中のエネルギー変換を特徴付けることを目的とした低次モデルを紹介します。
また、ジャンプロボットのエネルギー効率を高めるための実用的なソリューションも提案します。
回転リンクで構成されるマルチボディ システムに対して動的解析が実行され、物理的なデモンストレーターを使用して実験的に検証されます。
分析の結果、非効率なエネルギー変換は回転質量とバネ下質量によって引き起こされる慣性効果に起因することが明らかになりました。
これらの質量を物理的な結合から完全に取り除くことはできないため、エネルギー効率を向上させる実際的なアプローチには、構造の強度と剛性の要件への準拠を維持しながら、構造の質量と慣性モーメントを低減するための構造の再設計が含まれます。
要約(オリジナル)
Previous design methodologies for spring-driven jumping robots focused on jump height optimization for specific tasks. In doing so, numerous designs have been proposed including using nonlinear spring-linkages to increase the elastic energy storage and jump height. However, these systems can never achieve their theoretical maximum jump height due to taking off before the spring energy is fully released, resulting in an incomplete transfer of stored elastic energy to gravitational potential energy. This paper presents low-order models aimed at characterising the energy conversion during the acceleration phase of jumping. It also proposes practical solutions for increasing the energy efficiency of jumping robots. A dynamic analysis is conducted on a multibody system comprised of rotational links, which is experimentally validated using a physical demonstrator. The analysis reveals that inefficient energy conversion is attributed to inertial effects caused by rotational and unsprung masses. Since these masses cannot be entirely eliminated from a physical linkage, a practical approach to improving energy efficiency involves structural redesign to reduce structural mass and moments of inertia while maintaining compliance with structural strength and stiffness requirements.
arxiv情報
| 著者 | John Lo,Ben Parslew |
| 発行日 | 2024-01-10 21:47:35+00:00 |
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