Prismatic-Bending Transformable (PBT) Joint for a Modular, Foldable Manipulator with Enhanced Reachability and Dexterity

要約

伝統的に古典的なジョイントリンクの明確な構造で設計されたロボットマニピュレーターは、産業用途で優れていますが、より高い器用さと適応性を必要とする人間中心の汎用タスクで課題に直面しています。
これらの課題に対処するために、単一モジュール内の曲げ、回転、伸長/収縮を提供する方向性メンテナンス機能を備えた新規のハサミ風のメカニズムを備えたプリズムベンディング変換可能（PBT）ジョイントを提案します。
この設計により、モジュール式、再構成可能で、多様なタスクに合わせてスケーラブルな変換可能なキネマティックチェーンが可能になります。
機械的設計、最適化、運動学的および動的モデリング、およびPBTジョイントの実験的検証について詳しく説明し、折りたたみ可能なモジュラーロボットマニピュレーターへの統合を実証します。
PBTジョイントは、単一の在庫保持ユニット（SKU）として機能し、マニピュレーターを標準化されたPBTジョイントから完全に構築できるようにします。
また、リストモジュール、設計、展開、輸送、メンテナンスなどの既存のシステムのモジュラー拡張機能としても機能します。
3つの関節サイズが開発およびテストされ、特に限られたスペースと乱雑なスペースで、器用さ、到達可能性、適応性の向上を紹介します。
この作業は、ロボットマニピュレーター開発に対する有望なアプローチを提示し、動的で制約された環境での動作のためのコンパクトで汎用性の高いソリューションを提供します。

要約(オリジナル)

Robotic manipulators, traditionally designed with classical joint-link articulated structures, excel in industrial applications but face challenges in human-centered and general-purpose tasks requiring greater dexterity and adaptability. To address these challenges, we propose the Prismatic-Bending Transformable (PBT) Joint, a novel, scissors-inspired mechanism with directional maintenance capability that provides bending, rotation, and elongation/contraction within a single module. This design enables transformable kinematic chains that are modular, reconfigurable, and scalable for diverse tasks. We detail the mechanical design, optimization, kinematic and dynamic modeling, and experimental validation of the PBT joint, demonstrating its integration into foldable, modular robotic manipulators. The PBT joint functions as a single stock keeping unit (SKU), enabling manipulators to be constructed entirely from standardized PBT joints. It also serves as a modular extension for existing systems, such as wrist modules, streamlining design, deployment, transportation, and maintenance. Three joint sizes have been developed and tested, showcasing enhanced dexterity, reachability, and adaptability, particularly in confined and cluttered spaces. This work presents a promising approach to robotic manipulator development, providing a compact and versatile solution for operation in dynamic and constrained environments.

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