A Compliant Robotic Leg Based on Fibre Jamming

要約

人間は、筋肉の粘弾性特性を利用してバランスを維持する即時的な機械的反応を通じて、予測不可能な摂動に反応する驚くべき能力を持っています。
この動作に触発されて、我々は、可変の関節剛性と減衰を達成するために、受動的コンプライアンス機構として繊維詰まり構造を利用するロボット脚の新しい設計を提案する。
私たちは、調整可能な機械的特性を備えたマルチマテリアルのファイバージャム腱を開発しました。これは、組み立ての必要がなく、一度に 3D プリントできます。
広範な数値シミュレーションと実験を通じて、衝撃吸収と関節の安定性維持におけるこれらの腱の有用性を実証します。
私たちは、脚全体の剛性に対する各腱の相対的な寄与を評価することにより、多関節ロボット脚でそれらをどのように効果的に使用できるかを調査します。
さらに、これらの詰まった構造が脚の移動にもたらす可能性を示し、腱の形態学的特性をロボットの脚の安定性を高めるためにどのように利用できるかを強調します。

要約(オリジナル)

Humans possess a remarkable ability to react to unpredictable perturbations through immediate mechanical responses, which harness the visco-elastic properties of muscles to maintain balance. Inspired by this behaviour, we propose a novel design of a robotic leg utilising fibre jammed structures as passive compliant mechanisms to achieve variable joint stiffness and damping. We developed multi-material fibre jammed tendons with tunable mechanical properties, which can be 3D printed in one-go without need for assembly. Through extensive numerical simulations and experimentation, we demonstrate the usefulness of these tendons for shock absorbance and maintaining joint stability. We investigate how they could be used effectively in a multi-joint robotic leg by evaluating the relative contribution of each tendon to the overall stiffness of the leg. Further, we showcase the potential of these jammed structures for legged locomotion, highlighting how morphological properties of the tendons can be used to enhance stability in robotic legs.

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