対称可変剛性ユニットを備えたモジュラーワイヤ駆動ロボットアームの対称関節モジュールの設計と解析

協働ロボットは人間との相互作用が求められるシナリオで使用されます。人間とロボットの相互作用中の協働ロボットの安全性と適応性を向上させるために、本論文では対称可変剛性ユニットを備えたモジュラーワイヤ駆動ロボットアームを提案します。可変剛性ユニットはロボットアームの剛性調整範囲を拡張するために使用されています。可変剛性ユニットはフレクチャーに基づいて設計されており、コンパクトかつシンプルな構造を特徴としています。可変剛性ユニットの剛性 – 力の関係は、R二乗値が0.99981の2次関数でフィット可能であり、弱い非線形性を示しています。ロボットアームの対称関節モジュールの運動学および剛性解析に基づき、関節モジュールの向きはワイヤの長さを調整することで、関節モジュールの剛性はワイヤの張力を調整することで調整可能です。駆動の冗長性により、関節モジュールの向きと剛性を同期して調整することができます。さらに、1自由度関節モジュールの剛性指向ワイヤ張力分配問題に対する直接的な方法が提案されています。提案された方法を検証するためにシミュレーションが行われました。シミュレーション結果は、計算された剛性と希望する剛性の偏差が0.005%未満であったことを示しています。