論文の概要: Tendon-Actuated Robots with a Tapered, Flexible Polymer Backbone: Design, Fabrication, and Modeling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.19124v1
• Date: Thu, 19 Mar 2026 16:46:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.997209
• Title: Tendon-Actuated Robots with a Tapered, Flexible Polymer Backbone: Design, Fabrication, and Modeling
• Title（参考訳）: テーパー付きフレキシブル・ポリマー・バックボーンを用いた腱駆動型ロボットの設計・製作・モデリング
• Authors: Harald Minde Hansen, Nandita Gallacher, Nicholas B. Andrews, Kristin Y. Pettersen, Jan Tommy Gravdahl, Mario di Castro,
• Abstract要約: 熱可塑性ポリウレタン(TPU)を用いた柔軟なテーパー付きバックボーンを備えた3Dプリント・腱駆動型連続体ロボット 我々のスケーラブルな設計は、アクチュエータと圧縮負荷セルを介して直接テンションの張力制御とセンシングを可能にする集積電子ベースハウジングを組み込んでいる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4983856330186121
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper presents the design, modeling, and fabrication of 3D-printed, tendon-actuated continuum robots featuring a flexible, tapered backbone constructed from thermoplastic polyurethane (TPU). Our scalable design incorporates an integrated electronics base housing that enables direct tendon tension control and sensing via actuators and compression load cells. Unlike many continuum robots that are single-purpose and costly, the proposed design prioritizes customizability, rapid assembly, and low cost while enabling high curvature and enhanced distal compliance through geometric tapering, thereby supporting a broad range of compliant robotic inspection and manipulation tasks. We develop a generalized forward kinetostatic model of the tapered backbone based on Cosserat rod theory using a Newtonian approach, extending existing tendon-actuated Cosserat rod formulations to explicitly account for spatially varying backbone cross-sectional geometry. The model captures the graded stiffness profile induced by the tapering and enables systematic exploration of the configuration space as a function of the geometric design parameters. Specifically, we analyze how the backbone taper angle influences the robot's configuration space and manipulability. The model is validated against motion capture data, achieving centimeter-level shape prediction accuracy after calibrating Young's modulus via a line search that minimizes modeling error. We further demonstrate teleoperated grasping using an endoscopic gripper routed along the continuum robot, mounted on a 6-DoF robotic arm. Parameterized iLogic/CAD scripts are provided for rapid geometry generation and scaling. The presented framework establishes a simple, rapid, and reproducible pathway from parametric design to controlled tendon actuation for tapered, tendon-driven continuum robots manufactured using fused deposition modeling 3D printers.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 熱可塑性ポリウレタン(TPU)で構築した柔軟でテーパー付きバックボーンを備えた3Dプリント型腱作動型連続体ロボットの設計, モデル化, 製作について述べる。 我々のスケーラブルな設計は、アクチュエータと圧縮負荷セルを介して直接テンションの張力制御とセンシングを可能にする集積電子ベースハウジングを組み込んでいる。 単目的でコストがかかる多くの連続ロボットとは異なり、提案設計では、高い曲率と幾何学的テーパリングによる遠位コンプライアンスの強化を実現しつつ、カスタマイズ性、迅速な組み立て、低コストを優先し、幅広いロボット検査および操作タスクをサポートする。 我々はニュートン的アプローチを用いてテーパーバックボーンの一般化された前方キネトスタティックモデルを構築し、既存の腱運動型コセラートロッドの定式化を拡張し、空間的に変化するバックボーン断面形状を明示的に説明する。 このモデルはテーパリングによって誘導される勾配剛性プロファイルをキャプチャし、幾何学的設計パラメータの関数として構成空間の体系的な探索を可能にする。 具体的には、背骨のテーパ角がロボットの設定空間と操作性にどのように影響するかを分析する。 モデルがモーションキャプチャーデータに対して検証され、モデル誤差を最小限に抑えたラインサーチによりヤング率を調整した後、センチメートルレベルの形状予測精度が達成される。 さらに、6-DoFロボットアームに搭載された連続体ロボットに沿ってルーティングされた内視鏡的グリップを用いた遠隔操作型グリップを実証した。 パラメータ化されたiLogic/CADスクリプトは、高速なジオメトリ生成とスケーリングのために提供される。 本報告の枠組みは, 3Dプリンターで作製したテーパー付き腱駆動連続体ロボットのパラメトリック設計から腱運動制御への, 簡易かつ迅速かつ再現可能な経路を確立するものである。

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