An anthropomorphic continuum robotic neck actuated by SMA spring-based multipennate muscle architecture

要約

この作品は、羽状筋の構造からインスピレーションを得た、新しい形状記憶合金のバネ作動連続ロボットネックを紹介します。
提案された設計には 2DOF があり、実験研究により、設計された関節が人間の頭部の擬人化された可動範囲を再現できることが明らかになりました。
SMA アクチュエータの解析モデリングと提案された設計構成の運動学モデルを列挙します。
入力電流を変化させて可動範囲を測定することで、擬人化された首の性能を評価する一連の実験が行われました。
さらに、SMA マルチフィジックスと連続体バックボーンの解析モデルを検証するために実験が行われました。
既存の人型の首は、エネルギー効率が比較的低く、磨耗しやすい従来のアクチュエータによって駆動されています。
現在の研究では、今回の研究で実証されているように、連続ロボットに滑らかな動きをもたらす高い出力重量比を生み出す、特定の幾何学的構成を備えた SMA スプリングなどの非従来型アクチュエータの適用を想定しています。

要約(オリジナル)

This work presents a novel Shape Memory Alloy spring actuated continuum robotic neck that derives inspiration from pennate muscle architecture. The proposed design has 2DOF, and experimental studies reveal that the designed joint can replicate the human head’s anthropomorphic range of motion. We enumerate the analytical modelling for SMA actuators and the kinematic model of the proposed design configuration. A series of experiments were conducted to assess the performance of the anthropomorphic neck by measuring the range of motion with varying input currents. Furthermore, the experiments were conducted to validate the analytical model of the SMA Multiphysics and the continuum backbone. The existing humanoid necks have been powered by conventional actuators that have relatively low energy efficiency and are prone to wear. The current research envisages application of nonconventional actuator such as SMA springs with specific geometric configuration yielding high power to weight ratio that delivers smooth motion for continuum robots as demonstrated in this present work.

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