A Compact Variable Stiffness Actuator for Agile Legged Locomotion

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、(iii) 剛性調整における高いエネルギー消費、および (iv)
高性能を備えたオンライン剛性制御構造の欠如。
本稿では、前述の制限に対処することを目的とした、脚式ロボット用に設計された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、高い制御性能。
インプレースおよびフォワードホッピングを含むハードウェア実験により、提案された VLLSA の利点が検証されます。

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, (iii) high energy consumption in stiffness modulation, and (iv) the lack of online stiffness control structure with high performance. In this paper, we present a novel Variable-Length Leaf-Spring Actuator (VLLSA) designed for 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, low energy consumption and high control performance. Hardware experiments including in-place and forward hopping validate advantages of the proposed VLLSA.

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