用于腿式运动的3D打印开源执行器设计与表征

令人印象深刻的动物运动能力是由骨骼形态与肌肉特性的共同进化所介导的。腿式机器人的性能也可能受益于执行器与腿部形态的共同优化。然而，为腿式机器人开发定制执行器通常昂贵且耗时，这阻碍了机器人研究者追求由特定应用执行器优化带来的性能提升。本文提出了两种准直驱执行器的开源设计，其性能区间适用于8--15 kg的机器人，完全使用现成元件和3D打印部件构建，每个成本低于200美元。对每个执行器的机械、电气和热特性进行了表征，并与基准数据进行比较。经历420k步 gait 数据的执行器仅出现2%的效率下降和26 mrad的背隙增长，证明了其在严格且持续的研究应用中的可行性。我们提出了一种热解决方案，使塑料执行器设计的热致扭矩极限几乎翻倍。性能结果可与同等规模高速腿式机器人中使用的传统金属执行器相媲美。这些3D打印设计展示了一种设计和表征低成本、高度可定制且高度可复现执行器的方法，使执行器设计领域大众化，并实现了执行器与机器人腿部的协同设计与优化。