A Robust Open-source Tendon-driven Robot Arm for Learning Control of Dynamic Motions

要約

ロボット研究の長期にわたる目標は、高速動作を伴う高性能を実現しながら、ロボットを安全に操作することです。
従来のモーター駆動システムは、これらの競合する要求のバランスをとるのに苦労することがよくあります。
このトレードオフに対処することは、ロボットと人間の間のシームレスなコラボレーションが不可欠である製造やヘルスケアなどの分野の進歩にとって非常に重要です。
私たちは、この課題に取り組むために、空気圧人工筋肉 (PAM) を搭載した 4 自由度 (DoF) の腱駆動ロボット アームを導入しました。
当社の新しい設計は、低摩擦、受動的コンプライアンス、固有の衝撃弾性を特徴としており、動的作業中に迅速、正確、高力で安全な相互作用を可能にします。
より安全な人間とロボットのコラボレーションを促進することに加えて、固有の安全特性は、自己損傷を引き起こすことなく動的動作を探索するロボットの能力が重要である強化学習にとって特に有益です。
長時間にわたる動的動作、反発弾性試験、制御の容易さの評価など、さまざまな実験を通じてロボットアームを検証します。
ダイナミックな卓球という挑戦的なタスクでは、迅速かつ正確な動きにおけるロボットの能力をさらに実証します。
新しい設計の可能性を示すことで、さまざまな作業において高性能と安全性のバランスをとったロボットシステムのさらなる研究を促すことを目指しています。
当社のオープンソース ハードウェア設計、ソフトウェア、およびさまざまなロボット動作の大規模なデータセットは、https://webdav.tuebingen.mpg.de/pamy2/ でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

A long-lasting goal of robotics research is to operate robots safely, while achieving high performance which often involves fast motions. Traditional motor-driven systems frequently struggle to balance these competing demands. Addressing this trade-off is crucial for advancing fields such as manufacturing and healthcare, where seamless collaboration between robots and humans is essential. We introduce a four degree-of-freedom (DoF) tendon-driven robot arm, powered by pneumatic artificial muscles (PAMs), to tackle this challenge. Our new design features low friction, passive compliance, and inherent impact resilience, enabling rapid, precise, high-force, and safe interactions during dynamic tasks. In addition to fostering safer human-robot collaboration, the inherent safety properties are particularly beneficial for reinforcement learning, where the robot’s ability to explore dynamic motions without causing self-damage is crucial. We validate our robotic arm through various experiments, including long-term dynamic motions, impact resilience tests, and assessments of its ease of control. On a challenging dynamic table tennis task, we further demonstrate our robot’s capabilities in rapid and precise movements. By showcasing our new design’s potential, we aim to inspire further research on robotic systems that balance high performance and safety in diverse tasks. Our open-source hardware design, software, and a large dataset of diverse robot motions can be found at https://webdav.tuebingen.mpg.de/pamy2/.

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