一种带被动安全衬垫的混合 hingebeam 连续机器人，实现实时疲劳感知
机器人学
2025-09-12 v1
摘要
cable-driven 连续机器人提供高灵活性和轻便设计，适用于受限和非结构化环境中的任务。然而，长期使用会导致塑性变形和材料降解导致的机械疲劳，可能影响性能并增加结构失效风险。在先进技术中，连续机器人的疲劳估计仍未得到充分探索，限制了长期运行。为此，我们提出一种疲劳感知连续机器人，其包含三个关键创新:(1)一种混合 hingebeam 结构，其中 TwistBeam 和 BendBeam 解耦扭转和弯曲: BendBeam 中的被动转动关节缓解应力浓度，而 TwistBeam 的有限扭转变形降低了 BendBeam 的应力幅度，增强耐久性;(2)一种被动止动器，通过机械约束安全约束运动，并采用电机扭矩感测检测相应的限制扭矩，确保安全并实现数据收集;(3)一种实时疲劳感知方法，通过电机扭矩在限制姿态处估计刚度，实现无需额外传感器的在线疲劳估计。实验表明，所提出的设计相对于传统设计可将疲劳积累降低约 49%，而被动机械限制结合电机侧感测允许对结构疲劳和损伤进行精确估计。这些结果确认了该架构在安全可靠的长期运行方面的有效性。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.09404,
title = {A Hybrid Hinge-Beam Continuum Robot with Passive Safety Capping for Real-Time Fatigue Awareness},
author = {Tongshun Chen and Zezhou Sun and Yanhan Sun and Yuhao Wang and Dezhen Song and Ke Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.09404},
year = {2025}
}