RAMIEL: A Parallel-Wire Driven Monopedal Robot for High and Continuous Jumping

📄 arXiv: 2311.04573v1 📥 PDF

作者: Temma Suzuki, Yasunori Toshimitsu, Yuya Nagamatsu, Kento Kawaharazuka, Akihiro Miki, Yoshimoto Ribayashi, Masahiro Bando, Kunio Kojima, Yohei Kakiuchi, Kei Okada, Masayuki Inaba

分类: cs.RO

发布日期: 2023-11-08

备注: accepted at IROS2022 2022 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2022, website - https://tenrobo18.github.io/ramiel-iros2022/

DOI: 10.1109/IROS47612.2022.9981963

💡 一句话要点

提出并实现RAMIEL以解决高效跳跃问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 平行线驱动 单足机器人 高跳跃 连续跳跃 机器人控制 机动性 轻量化设计

📋 核心要点

  1. 现有腿部机器人在高效跳跃和连续跳跃方面存在性能不足，难以适应复杂的三维环境。
  2. 本研究提出了一种平行线驱动的腿部结构，利用六根线缆实现高效的运动控制，具备良好的可控性和动力输出。
  3. 实验结果表明，RAMIEL机器人能够实现最大1.6米的跳跃高度和七次连续跳跃，显著提升了跳跃性能。

📝 摘要（中文）

腿部机器人在高机动性方面的研究已广泛展开，尤其是能够实现连续和高跳跃的腿部结构在三维环境中移动时具有显著优势。本研究提出了一种平行线驱动的腿部结构，具备一个线性运动自由度和两个旋转自由度，由六根线缆控制，能够实现高效的连续跳跃和高跳跃。为验证该结构的跳跃性能，我们开发了平行线驱动的单足机器人RAMIEL。该机器人配备了准直接驱动的高功率线缆卷绕机制和轻量化的腿部，最大跳跃高度可达1.6米，并可实现七次连续跳跃。

🔬 方法详解

问题定义：本研究旨在解决现有腿部机器人在高跳跃和连续跳跃能力不足的问题，现有方法往往在动力输出和控制精度上存在局限性。

核心思路：提出了一种平行线驱动的腿部结构，设计为一个线性运动自由度和两个旋转自由度，利用六根线缆进行精确控制，以实现高效的跳跃性能。

技术框架：整体架构包括平行线驱动的腿部结构、准直接驱动的线缆卷绕机制和轻量化设计，确保机器人在跳跃时具备足够的动力和控制能力。

关键创新：最重要的创新在于平行线驱动结构的设计，使得机器人在跳跃时能够同时实现高可控性和长加速距离，与传统的腿部机器人相比，显著提升了跳跃能力。

关键设计：在设计中，采用了高功率的线缆卷绕机制，优化了腿部的轻量化结构，确保在跳跃过程中能够提供足够的动力支持。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果显示，RAMIEL机器人实现了最大1.6米的跳跃高度和七次连续跳跃，较现有技术有显著提升，展示了其在高效跳跃方面的卓越性能。

🎯 应用场景

该研究的成果可广泛应用于救援机器人、探测机器人及其他需要在复杂地形中高效移动的机器人系统。通过提升跳跃能力，机器人能够更好地适应多变的环境，执行复杂的任务，具有重要的实际价值和未来影响。

📄 摘要（原文）

Legged robots with high locomotive performance have been extensively studied, and various leg structures have been proposed. Especially, a leg structure that can achieve both continuous and high jumps is advantageous for moving around in a three-dimensional environment. In this study, we propose a parallel wire-driven leg structure, which has one DoF of linear motion and two DoFs of rotation and is controlled by six wires, as a structure that can achieve both continuous jumping and high jumping. The proposed structure can simultaneously achieve high controllability on each DoF, long acceleration distance and high power required for jumping. In order to verify the jumping performance of the parallel wire-driven leg structure, we have developed a parallel wire-driven monopedal robot, RAMIEL. RAMIEL is equipped with quasi-direct drive, high power wire winding mechanisms and a lightweight leg, and can achieve a maximum jumping height of 1.6 m and a maximum of seven continuous jumps.