Parameter Optimization of Optical Six-Axis Force/Torque Sensor for Legged Robots

要約

このペーパーでは、コンパクトで軽量の脚のあるロボットに合わせた新しい6軸力/トルクセンサーを紹介します。
従来のひずみゲージベースのセンサーとは異なり、提案されている非接触設計はフォトカプラーを採用し、物理的影響に対する耐性を高め、損傷リスクを軽減します。
このアプローチは、製造を簡素化し、コストを削減し、小さなサイズ、軽量、幅広い力の測定範囲を組み合わせることにより、脚のロボットの需要を満たします。
センサーパラメーターを最適化するための方法も提示され、感度の最大化とエラーの最小化に焦点を当てています。
目的関数の正確なモデリングと分析により、最適な設計パラメーターの導出が可能になりました。
センサーのパフォーマンスは、広範なテストと四足ロボットへの統合を通じて検証され、理論モデリングとの整合性を示しました。
センサーの正確な測定機能により、特にロボットの足と地面との相互作用の分析において、多様なロボット環境に適しています。
このイノベーションは、ロボット工学とセンサー技術の進歩に貢献しながら、既存のセンサーの制限に対処し、ロボットシステムの将来のアプリケーションへの道を開いています。

要約(オリジナル)

This paper introduces a novel six-axis force/torque sensor tailored for compact and lightweight legged robots. Unlike traditional strain gauge-based sensors, the proposed non-contact design employs photocouplers, enhancing resistance to physical impacts and reducing damage risk. This approach simplifies manufacturing, lowers costs, and meets the demands of legged robots by combining small size, light weight, and a wide force measurement range. A methodology for optimizing sensor parameters is also presented, focusing on maximizing sensitivity and minimizing error. Precise modeling and analysis of objective functions enabled the derivation of optimal design parameters. The sensor’s performance was validated through extensive testing and integration into quadruped robots, demonstrating alignment with theoretical modeling. The sensor’s precise measurement capabilities make it suitable for diverse robotic environments, particularly in analyzing interactions between robot feet and the ground. This innovation addresses existing sensor limitations while contributing to advancements in robotics and sensor technology, paving the way for future applications in robotic systems.

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