NASU — Novel Actuating Screw Unit: Origami-inspired Screw-based Propulsion on Mobile Ground Robots

要約

スクリューベースの移動は、水、砂、砂利などの幅広い媒体上での堅牢な移動方法です。
ネジの課題は、移動性能に影響を与える影響力のある設計パラメータが多数あることです。
重要なパラメータの 1 つは迎え角 (リード角とも呼ばれます) で、移動速度、生成される力、滑りの程度、沈み込みの点でスクリュー プロペラの性能に大きな影響を与えることがわかっています。
その結果、最適な設計の選択は、アプリケーションとミッションの目的に応じて大幅に変わる可能性があります。
この作品では、Novel Actuating Screw Unit (NASU) を紹介します。
これは、複数のメディアやユースケースにわたって移動を最適化するために迎え角を動的に再構成できる初のスクリューベースの推進設計です。
デザインは折り紙ロボット工学の機構であるクレスリング ユニットからインスピレーションを得ており、迎え角はリニア アクチュエーターで調整されます。
対照的に、ユニット全体がその軸を中心に回転して推進力を生成します。
NASU は移動式テストベッドに統合されており、実験は砂利、草、砂などのさまざまな媒体で行われます。
私たちの実験結果は、迎え角に関して機関車の効率と速度の間にトレードオフが存在することを示しており、提案された設計は、効率または速度を最適化する制御を可能にすることにより、再構成可能なネジの有望な方向性となります。

要約(オリジナル)

Screw-based locomotion is a robust method of locomotion across a wide range of media including water, sand, and gravel. A challenge with screws is their significant number of impactful design parameters that affect locomotion performance. One crucial parameter is the angle of attack (also called the lead angle), which has been shown to significantly impact the performance of screw propellers in terms of traveling velocity, force produced, degree of slip, and sinkage. As a result, the optimal design choice may vary significantly depending on application and mission objectives. In this work, we present the Novel Actuating Screw Unit (NASU). It is the first screw-based propulsion design that enables dynamic reconfiguration of the angle of attack for optimized locomotion across multiple media and use cases. The design is inspired by the kresling unit, a mechanism from origami robotics, and the angle of attack is adjusted with a linear actuator. In contrast, the entire unit is spun on its axis to generate propulsion. NASU is integrated into a mobile test bed and experiments are conducted in various media including gravel, grass, and sand. Our experiment results indicate a trade-off between locomotive efficiency and velocity exists regarding angle of attack, and the proposed design is a promising direction for reconfigurable screws by allowing control to optimize for efficiency or velocity.

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