MonoRollBot: 3-DOF Spherical Robot with Underactuated Single Compliant Actuator Design

要約

球形回転ロボットは、検査や宇宙探査などの用途の移動ロボット工学の分野で大きな注目を集めています。
作動が不十分な回転ロボットの設計では、限られた数のアクチュエータを使用しながら、高い自由度で多方向の推進を実現するという課題が生じます。
この論文では、単一のスプリング モーター システムのみによって駆動される低作動機構を利用した、新しい 3 自由度 (DOF) の球形ロボットである MonoRollBot について紹介します。
従来の球形ロボットとは異なり、MonoRollBot は最小限の作動アプローチを採用しており、その移動制御には 1 つのモーターと受動的スプリングのみに依存します。
このロボットは、バネ力学とモーター制御の革新的な結合を通じて 3-DOF 動作を実現します。
この研究では、MonoRollBot の設計を詳細に説明し、設計スタディを通じてその動作機能を評価します。
また、回転質量や剛性特性の変化に基づいた移動挙動の研究も行っています。

要約(オリジナル)

Spherical rolling robots have garnered significant attention in the field of mobile robotics for applications such as inspection and space exploration. Designing underactuated rolling robots poses challenges in achieving multi-directional propulsion with high degrees of freedom while utilizing a limited number of actuators. This paper presents the MonoRollBot, a novel 3-degree-of-freedom (DOF) spherical robot that utilizes an underactuated mechanism driven by only a single spring-motor system. Unlike conventional spherical robots, MonoRollBot employs a minimalist actuation approach, relying on only one motor and a passive spring to control its locomotion. The robot achieves 3-DOF motion through an innovative coupling of spring dynamics and motor control. In this work, we detail the design of the MonoRollBot and evaluate its motion capabilities through design studies. We also do studies on its locomotion behaviours based on changes in rotating mass and stiffness properties.

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