Versatile Bio-Inspired Legged Robots: Developing Mechatronics with High Mobility, Feasibility, Durability, and Power Density

Bidragets oversatte titel: Alsidige og Bioinspirerede Gående Robotter:: Udvikling af Mekatronik med Høj Mobilitet, Omkostningseffektivitet, Holdbarhed og Effekttæthed

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstrakt

Gående robotter har længe været en del af vores vision for fremtiden, som en ledsager i vores daglige liv og en intelligent makker, som menneskeheden sammen med kan socialisere, løse komplekse udfordringer og lægge sin lid til. Derfor har gående robotter potentialet til at være en afspejling af os selv og vores evner. Der er dog brug for en enorm indsats indenfor forskning og udvikling før dette kan opnås, da de nuværende gående robotter er langt fra dette niveaue af alsidig funktionalitet. Desuden har gående robotter stadig ikke opnået en bredere praktisk anvendelse. Derfor forskes der indenfor kunstig intelligens og styring af gående robotter med hensigt om at opnå højere dynamik, men hardwareudvikling er også nødvendigt for at kunne opnå tilstrækkelig stabilitet og funktionalitet til udførelse af en bredere vifte af applikationer.
Derfor er det nødvendigt med en ekstra udviklingsindsats af hardware for at kunne opnå en højere mekanisk ydeevne, da det er fundamentet for gående robotters funktion og da det diktere effektniveauet af de resterende funktioner.
Mere alsidig anvendelse af gående robotter kan opnås ved udvikling af mekatroniske strukturer og komponenter, der muliggør større mobilitet, omkostningseffektivitet, holdbarhed og effekttæthed, hvilket muliggør en bredere vifte af opgaver i støvede, våde og farlige miljøer. Der er flere forskningsretninger som kan gøre gående robotter mere alsidig. Jeg har valgt at udforske og udvikle nye gående robot-morfologier, ben- og ledtransmissioner, kraftige aktuatorer og kraft/moment fod sensorer, da de begrænsede en alsidig funktionalitet mest.

Jeg præsentere min forskning af denne type hardware igennem denne afhandling og dens fire manuskripter, som starter med (I) at etablere en metodik for udvikling af bioinspirerede robot-morfologier og derefter udvikling af (II) robotben og deres ledtransmissioner, (III) -aktuatorer og (IV) -fodsensorer. Del I præsenterer metodikken og underbygger den med et eksempel, hvor en skarabæ inspireret robot (ALPHA) udvikles og analyseres. ALPHA har 50% længere skridt og 95,5% større udnyttelse af arbejdsrum og reducerer motor accelerationer med 7,9% og gang-slag-frekvensen med 21,1%. Del II præsenterer en elastisk mekanisme, der reducerer massen af ledtransmissioner med 77,4%, sænker produktionsprisen med 12,1% og muliggør dykning i vand, samt en forudsigelig mekanisk modstand. Del III udforsker mulighederne for holdbare og kraftfulde aktuatorer og præsenterer et koncept for en syntetiserende transmission. Del IV præsenterer en tre-akset kraft/moment fod sensor, som reducere sensormassen med 76,5%, volumen med 39,1% og omkostningerne med 85,3%, samt muliggør høj nøjagtighed og dykning ned til 3 meters dybde.

Denne afhandling præsenterer derfor resultater og værktøj, der kan anvendes til at opnå mere alsidigt fungerende gående robotter via udvikling af hardware med større mobilitet, omkostningseffektivitet, holdbarhed og effekttæthed.
Bidragets oversatte titelAlsidige og Bioinspirerede Gående Robotter:: Udvikling af Mekatronik med Høj Mobilitet, Omkostningseffektivitet, Holdbarhed og Effekttæthed
OriginalsprogEngelsk
Vejledere/rådgivere
  • Manoonpong, Poramate, Vejleder
  • Larsen, Jorgen, Vejleder
StatusUdgivet - 31. maj 2021

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Alsidige og Bioinspirerede Gående Robotter: Udvikling af Mekatronik med Høj Mobilitet, Omkostningseffektivitet, Holdbarhed og Effekttæthed'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater