A Robot Leg with Compact Variable Stiffness Joint based on Leaf-Spring Mechanism

要約

可変剛性アクチュエータ (VSA) を備えた脚式ロボットは、エネルギー効率の高い多用途な移動を実現できます。
ただし、実際のアプリケーションで脚式ロボットに VSA を装備することは、通常、(i) 冗長な機械構造設計、(ii) 限られた剛性変化範囲と速度、および (iii) 剛性調整における高いエネルギー消費によって制限されます。
この論文では、前述の制限に対処することを目的とした、脚式ロボットの新しい可変長板ばねアクチュエータ (VLLSA) を紹介します。
設計は板バネ機構に基づいており、提案する VSA を (i) 機械構造の小型軽量化、(ii) 理論モデリングの正確さ、(iii) 広範囲の剛性調整が可能となるように構造設計を改良します。
高速、低エネルギー消費。
ハードウェア実験により、提案した VLLSA を搭載した脚式ロボットがコンパクトな構造、高い動的性能、低エネルギー消費を備えていることが検証されました。

要約(オリジナル)

The legged robots with variable stiffness actuators (VSAs) can achieve energy-efficient and versatile locomotion. However, equipping legged robots with VSAs in real-world application is usually restricted by (i) the redundant mechanical structure design, (ii) limited stiffness variation range and speed, and (iii) high energy consumption in stiffness modulation. In this paper, we present a novel Variable-Length Leaf-Spring Actuator (VLLSA) in legged robots that aims to address the aforementioned limitations. The design is based on leaf-spring mechanism and we improve the structural design to make the proposed VSA (i) compact and lightweight in mechanical structure, (ii) precise in theoretical modeling, and (iii) capable of modulating stiffness with wide range, fast speed, and low energy consumption. Hardware experiments validate that the legged robot equipped with the proposed VLLSA has compact structure, high dynamic performance and low energy consumption.

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