This paper presents two types of bio-inspired robot design: a bipedal walker and a small crawling robot. The human-like bipedal walker enables compliant walking motion with simple control commands. It design aspects include a passive knee bending/stretching mechanism with a latch-hinge and a fore- and rear- parted foot structure with compliant spring-based actuation. In addition, leg posture, asymmetric lateral spring placement, round ankles, active hip sway, pelvic tilt actuation, and a simple control command provision are designed to implement the desired walking motion. Our prototype bipedal walker is built with a combination of passive and actuated joints, and its motion is compliantly yielded by springs around joints. Experiments are conducted with our prototype bipedal walker for evaluation. The measured knee joint trajectory and reaction forces during robotic gaits verify that the design scheme is amenable to human-like walking motion. The improvement of this prototype is expected to exhibit the merits of both active and passive-dynamic bipedal locomotion strategies.
In the case of small crawling robot, A thermal SMA was selected as an actuator due to the similarities of its properties to C. elegans muscles. Based on the anatomy of C. elegans, a twelve-unit robot was designed to generate a sinusoidal undulating motion. Each body unit consisting of a pair of SMA actuators is serially connected by rigid links with an embedded motion control circuit. A simple binary operation-based motion control mechanism was implemented using a microcontroller. The assembled robot can execute C. elegans-like motion with a 0.17 Hz undulation frequency. Its motion is comparable to that of a real worm.
이 논문은 인간의 이족보행을 모방하는 로봇과 예쁜꼬마선충 (C. elegans)의 움직임을 모방하는 로봇을 설계하여 제시한다.
이족보행 로봇의 경우 새로운 메커니즘 설계를 통해 간단한 입력 신호로 동작하며 인간과 유사한 걸음걸이를 가지는 것을 목표로 제작되었다. 이를 위해 크게 로봇의 무릎과 발바닥 부분의 설계를 이전에 연구되어 왔던 이족보행로봇과는 다르게 설계를 하였다. 여기서 제안하는 로봇의 무릎은 수동적으로 구부려지고 펴짐을 할 수 있게 설계가 되어 있어 발이 지면을 차는 동작과 스윙을 하는 동작에 있어서 인간과 유사한 움직임을 보여주게 된다. 또한 발바닥의 경우 두 부분으로 분리가 되어 있으며 이는 지면을 차는 동작과 지면에 닿는 동작에서의 유사성을 위하여 설계가 되었다. 이와 같이 설계된 이족보행 로봇은 실제 실험을 통하여 설계된 메커니즘의 동작 확인과 인간의 보행과의 유사성을 검증하였다.
예쁜꼬마선충을 모방하는 소형 로봇의 경우, 유사한 근육 움직임을 가질 수 있도록 열을 이용한 형상기억합금을 엑츄에이터로 이용하여 설계하였다. 예쁜꼬마선충의 해부학적 구조를 기반으로 12마디의 로봇 몸통을 제작하였으며 정현파를 만들어낼 수 있는 동작을 구현하도록 하였다. 각각의 마디는 한 쌍의 형상기억합금 엑츄에이터를 가지며 각 마디가 일렬로 연결되어 임베디드 모션 제어 회로를 통해 제어된다. 이렇게 제작된 소형선충로봇은 실험에서 0.17Hz의 파동주파수로 움직이는 것을 보였다. 이러한 움직임은 실제 선충과 유사한 움직임을 보여주는 것으로 그 유사성을 검증할 수 있었다.
