A Novel Twisted-Winching String Actuator for Robotic Applications: Design and Validation

要約

本稿では、ツイストストリングアクチュエータ（TSA）とウインチ機構を組み合わせた新しいアクチュエータシステムを紹介します。
ロボット工学における従来の油圧および空気圧システムと比較して、TSA はコンパクトで軽量ですが、ストローク長と力伝達率に制限があります。
当社の統合 TSA ウインチ システムは、動的調整を通じて可変変速比を提供することで、これらの制約を克服します。
過度にひねる代わりにウィンチすることでアクチュエータのストロークを増加させ、ひねることによって力の出力を向上させます。
この設計は、貫通穴ドライブ シャフトによって駆動されるベベル ギア アセンブリに取り付けられたウインチを収容する回転タレットを特徴としています。
このシステムの変位制御と速度制御を組み合わせた数学モデルが開発されています。
実験による検証により、幅広い伝達比と正確な動作制御を実現するアクチュエータの能力が実証されています。
動作の精度と生成される力に関するパフォーマンス データを提示し、既存の文献の文脈で結果を議論します。
この研究は、高度なロボット用途と改良された自動化ソリューションのための、より多用途かつ効率的な作動システムの開発に貢献します。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel actuator system combining a twisted string actuator (TSA) with a winch mechanism. Relative to traditional hydraulic and pneumatic systems in robotics, TSAs are compact and lightweight but face limitations in stroke length and force-transmission ratios. Our integrated TSA-winch system overcomes these constraints by providing variable transmission ratios through dynamic adjustment. It increases actuator stroke by winching instead of overtwisting, and it improves force output by twisting. The design features a rotating turret that houses a winch, which is mounted on a bevel gear assembly driven by a through-hole drive shaft. Mathematical models are developed for the combined displacement and velocity control of this system. Experimental validation demonstrates the actuator’s ability to achieve a wide range of transmission ratios and precise movement control. We present performance data on movement precision and generated forces, discussing the results in the context of existing literature. This research contributes to the development of more versatile and efficient actuation systems for advanced robotic applications and improved automation solutions.

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