屈伸・回転・伸縮を1モジュールで実現する折りたたみ式モジュラー多関節マニピュレータ用PBTジョイント
Prismatic-Bending Transformable (PBT) Joint for a Modular, Foldable Manipulator with Enhanced Reachability and Dexterity
はさみに着想を得た単一モジュールで屈曲・回転・伸縮を可能にするPBTジョイントを開発し、折りたたみ式でモジュラーなマニピュレータを構築して狭所での到達性と器用さを実証した。
著者: Jianshu Zhou, Junda Huang, Boyuan Liang, Xiang Zhang, Xin Ma, Masayoshi Tomizuka
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Robotic manipulators, traditionally designed with classical joint-link articulated structures, excel in industrial applications but face challenges in human-centered and general-purpose tasks requiring greater dexterity and adaptability. To address these challenges, we propose the Prismatic-Bending Transformable (PBT) Joint, a novel, scissors-inspired mechanism with directional maintenance capability that provides bending, rotation, and elongation/contraction within a single module. This design enables transformable kinematic chains that are modular, reconfigurable, and scalable for diverse tasks. We detail the mechanical design, optimization, kinematic and dynamic modeling, and experimental validation of the PBT joint, demonstrating its integration into foldable, modular robotic manipulators. The PBT joint functions as a single stock keeping unit (SKU), enabling manipulators to be constructed entirely from standardized PBT joints. It also serves as a modular extension for existing systems, such as wrist modules, streamlining design, deployment, transportation, and maintenance. Three joint sizes have been developed and tested, showcasing enhanced dexterity, reachability, and adaptability, particularly in confined and cluttered spaces. This work presents a promising approach to robotic manipulator development, providing a compact and versatile solution for operation in dynamic and constrained environments.
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