Investigating the Performance of Soft Robotic Adaptive Feet with Longitudinal and Transverse Arches

要約

二足歩行ロボットは通常、平坦な地面での歩行を容易にする剛構造の足を採用していますが、構造のない環境では地面への適応が妨げられ、安定性が損なわれます。
私たちは最近、SoftFoot において矢状面に沿った地面の凹凸にロボットの足を適応させるというアイデアを検討しました。
以前の結果に基づいて、この論文では、人間の足と同様に、矢状面と前額面の両方に適応できる新しいロボットの足を提案します。
本質的な縦方向の適応性を備えた 5 つの並列モジュールが特徴で、オプションの剛性または弾性接続を通じて多くの可能な設計に組み合わせることができます。
方法論的な設計アプローチに従って、設計領域を 5 つの候補の足の設計に絞り込み、それらをモジュラー システムに実装します。
プロトタイプは、さまざまな障害物を備えたセンサー付きプレート上に、ロボット アームを介して制御された力を加えることによって実験的にテストされます。
それらのパフォーマンスは、ベースラインとしてリジッド フットと以前のソフトフットも使用して比較されます。
フットプリントの安定性の分析では、5 つの平行なモジュールを弾性的に接続することによる横アーチの導入が、特に前足の下に障害物がある場合に障害物を乗り越えるのに有利であることが示されています。
この発見は、二足歩行ロボットの移動に加えて、下肢義足の設計にも役立つ可能性があります。

要約(オリジナル)

Biped robots usually adopt feet with a rigid structure that simplifies walking on flat grounds and yet hinders ground adaptation in unstructured environments, thus jeopardizing stability. We recently explored in the SoftFoot the idea of adapting a robotic foot to ground irregularities along the sagittal plane. Building on the previous results, we propose in this paper a novel robotic foot able to adapt both in the sagittal and frontal planes, similarly to the human foot. It features five parallel modules with intrinsic longitudinal adaptability that can be combined in many possible designs through optional rigid or elastic connections. By following a methodological design approach, we narrow down the design space to five candidate foot designs and implement them on a modular system. Prototypes are tested experimentally via controlled application of force, through a robotic arm, onto a sensorized plate endowed with different obstacles. Their performance is compared, using also a rigid foot and the previous SoftFoot as a baseline. Analysis of footprint stability shows that the introduction of the transverse arch, by elastically connecting the five parallel modules, is advantageous for obstacle negotiation, especially when obstacles are located under the forefoot. In addition to biped robots’ locomotion, this finding might also benefit lower-limb prostheses design.

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