Unveiling the Complete Variant of Spherical Robots

要約

この研究は、解析的な速度レベルのアプローチを使用して、球形 ($SO(3)$) 型パラレル ロボットのバリアントを体系的に列挙することを示します。
これらのロボットは、固定点の周りを任意に回転できることで知られており、さまざまな用途に適しています。
アーキテクチャの多様性にもかかわらず、既存の研究は主にケースバイケースでアプローチしてきました。
このアプローチでは、考えられるすべてのバリアントの探索が妨げられ、アーキテクチャの多様性から得られる利点が制限されます。
逆ネジ法による一般化された分析アプローチを採用することにより、$SO(3)$ 運動を生み出す四肢のすべての運動学的条件を系統的に調査します。その結果、ターゲット $SO(3) を生成するのに適した、考えられる 73 種類の非冗長四肢すべてが明らかになります。
)$ モーションが識別されます。
このアプローチには、詳細な代数的運動制約解析の実行と、さまざまなバリアント間の共通特性の特定が含まれます。
これにより、73 個の対称バリアントと 5256 個の非対称バリアントをすべて系統的に調査することになり、合計 5329 個になり、それぞれが異なるワークスペース機能、剛性パフォーマンス、ダイナミクスを持つ可能性があります。
したがって、これらすべてのバリエーションがあることで、新しい球形ロボットの革新が促進され、特定の用途に最適なロボットを簡単に見つけることができます。

要約(オリジナル)

This study presents a systematic enumeration of spherical ($SO(3)$) type parallel robots’ variants using an analytical velocity-level approach. These robots are known for their ability to perform arbitrary rotations around a fixed point, making them suitable for numerous applications. Despite their architectural diversity, existing research has predominantly approached them on a case-by-case basis. This approach hinders the exploration of all possible variants, thereby limiting the benefits derived from architectural diversity. By employing a generalized analytical approach through the reciprocal screw method, we systematically explore all the kinematic conditions for limbs yielding $SO(3)$ motion.Consequently, all 73 possible types of non-redundant limbs suitable for generating the target $SO(3)$ motion are identified. The approach involves performing an in-depth algebraic motion-constraint analysis and identifying common characteristics among different variants. This leads us to systematically explore all 73 symmetric and 5256 asymmetric variants, which in turn become a total of 5329, each potentially having different workspace capability, stiffness performance, and dynamics. Hence, having all these variants can facilitate the innovation of novel spherical robots and help us easily find the best and optimal ones for our specific applications.

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