Design and Control of a High-Performance Hopping Robot

要約

ジャンプやホッピングによる移動は、構造化されていない起伏の多い地形を移動する効率的な手段であり、前者はロボット工学者の焦点となっています。
最近変化しつつある焦点。
この焦点により、ジャンプロボットの性能と理解は大幅に向上しましたが、エネルギーを蓄えるためにジャンプの間にかなりの時間を必要とするため、実際の応用は限られており、ジャンプは移動において二次的な役割に追いやられています。
しかし、ホッピング移動は、長いエネルギー貯蔵期間を必要とせずにエネルギーを保存し、後続のホップに伝達することができます。
ただし、ジャンプ システムで観察されたパフォーマンスを、それに対応するホッピング システムに組み込むことは継続的な課題です。
現在までのところ、ホッピング ロボットは通常約 1 メートル、最大 1.63 メートルの高さで動作しますが、ジャンプ ロボットの高さは 30 メートルに達しています。
これは、関係する力に耐え、システムの状態を管理しながら、必要なエネルギーを入力して保存できるシステムの開発に固有の設計と制御の複雑さが追加されるためです。
ここでは、解析、シミュレーション、実験結果を通じて、効率的で堅牢な高比エネルギーおよび高エネルギー入力システムのためのホッピングロボットの設計原理を報告します。
結果として得られるロボット (MultiMo-MHR) は 4 メートル ($\sim$2.4x 現在の最先端技術) を超えて飛び越えることができ、終端速度 ($\geq 30.7$ m) での衝撃に耐えるように設計されています。

要約(オリジナル)

Jumping and hopping locomotion are efficient means of traversing unstructured rugged terrain with the former being the focus of roboticists; a focus that has recently been changing. This focus has led to significant performance and understanding in jumping robots but with limited practical applications as they require significant time between jumps to store energy, thus relegating jumping to a secondary role in locomotion. Hopping locomotion, however, can preserve and transfer energy to subsequent hops without long energy storage periods. However, incorporating the performance observed in jumping systems into their hopping counterparts is an ongoing challenge. To date, hopping robots typically operate around 1 meter with a maximum of 1.63 m whereas jumping robots have reached heights of 30 m. This is due to the added design and control complexity inherent in developing a system able to input and store the necessary energy while withstanding the forces involved and managing the system’s state. Here we report hopping robot design principles for efficient, robust, high-specific energy, and high-energy input systems through analytical, simulation, and experimental results. The resulting robot (MultiMo-MHR) can hop over 4 meters ($\sim$2.4x the current state-of-the-art) and is designed to withstand impact at terminal velocity ($\geq 30.7$ m).

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