Bipedal walking with continuously compliant robotic legs

要約

生体力学とロボット工学では、弾性は移動効率と安定性を高める上で重要な役割を果たします。
脚式ロボットにおける従来のアプローチでは、個別の剛性コンポーネントを備えた直列弾性アクチュエータ (SEA) が使用されることが多く、効果的ではありますが、重量と複雑さが増加します。
この論文は、二足歩行ロボットの下肢に継続的に準拠する構造を統合することにより、SEA の概念を根本的に変える革新的な代替案を提示します。
当社のアプローチは、従来の剛性セグメントを軽量で変形可能な材料に置き換え、全体の質量を削減し、作動設計を簡素化します。
この斬新な設計では、継続的に準拠する要素の次元が無限であるため、モデリング、センシング、制御において独特の課題が生じます。
私たちは、効果的な近似と制御戦略を通じてこれらの課題に対処します。
この論文では、コンプライアント脚構造の設計とモデリングについて詳しく説明し、低レベルの力および運動学コントローラーを示し、歩行スケジューラーを備えた高レベルの姿勢コントローラーを紹介します。
実験結果は、この新しい設計を使用した二足歩行の成功を示しています。

要約(オリジナル)

In biomechanics and robotics, elasticity plays a crucial role in enhancing locomotion efficiency and stability. Traditional approaches in legged robots often employ series elastic actuators (SEA) with discrete rigid components, which, while effective, add weight and complexity. This paper presents an innovative alternative by integrating continuously compliant structures into the lower legs of a bipedal robot, fundamentally transforming the SEA concept. Our approach replaces traditional rigid segments with lightweight, deformable materials, reducing overall mass and simplifying the actuation design. This novel design introduces unique challenges in modeling, sensing, and control, due to the infinite dimensionality of continuously compliant elements. We address these challenges through effective approximations and control strategies. The paper details the design and modeling of the compliant leg structure, presents low-level force and kinematics controllers, and introduces a high-level posture controller with a gait scheduler. Experimental results demonstrate successful bipedal walking using this new design.

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