Design and Mechanics of Cable-Driven Rolling Diaphragm Transmission for High-Transparency Robotic Motion

要約

ローリング ダイアフラムの低摩擦と油圧トランスミッションの出力密度および剛性の組み合わせにより、医療用および遠隔操作ロボット用のローリング ダイアフラム トランスミッションのアプリケーションが非常に注目されています。
ただし、一部のローリング ダイアフラム レイアウトでは、剛性を高める圧力プリロードがベアリングの負荷に対してトレードオフを形成する可能性があり、トランスミッションのセットアップが困難になる可能性があります。
ケーブル ドライブの利用は、ローリング ダイアフラム トランスミッションの利点を補完しますが、ケーブルの張力を維持することは、最適で一貫したパフォーマンスを得るために重要です。
この論文では、システムの信頼性とスケーラビリティに焦点を当てて、ケーブルドライブと電子トランスミッション制御システムを備えた同軸対向ローリングダイアフラムレイアウトが調査されています。
力のバランス、ベアリング負荷からのトランスミッション圧力の分離、およびケーブル張力の維持を可能にする機械的機能が提案されています。
伝送のセットアップ、フェーズ、および操作の自動化に関する重要な考慮事項と手順についても説明します。
また、システム剛性の分析を提示して、コンプライアンスの主な要因を特定し、実験を行ってプロトタイプ設計のパフォーマンスを検証します。

要約(オリジナル)

Applications of rolling diaphragm transmissions for medical and teleoperated robotics are of great interest, due to the low friction of rolling diaphragms combined with the power density and stiffness of hydraulic transmissions. However, the stiffness-enabling pressure preloads can form a tradeoff against bearing loading in some rolling diaphragm layouts, and transmission setup can be difficult. Utilization of cable drives compliment the rolling diaphragm transmission’s advantages, but maintaining cable tension is crucial for optimal and consistent performance. In this paper, a coaxial opposed rolling diaphragm layout with cable drive and an electronic transmission control system are investigated, with a focus on system reliability and scalability. Mechanical features are proposed which enable force balancing, decoupling of transmission pressure from bearing loads, and maintenance of cable tension. Key considerations and procedures for automation of transmission setup, phasing, and operation are also presented. We also present an analysis of system stiffness to identify key compliance contributors, and conduct experiments to validate prototype design performance.

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