論文の概要: Time-Division Multiplexing Actuation in Tendon-Driven Arms: Lightweight Design and Fault Tolerance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.16887v1
- Date: Sat, 18 Apr 2026 07:27:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-21 21:52:52.217775
- Title: Time-Division Multiplexing Actuation in Tendon-Driven Arms: Lightweight Design and Fault Tolerance
- Title（参考訳）: 腱駆動アームの時間分割多重動作:軽量設計と耐故障性
- Authors: Shoujie Li, Changqing Guo, Jianle Xu, Hong Luo, Xueqian Wang, Wenbo Ding, Bin Liang,
- Abstract要約: TDMA(Time-Division Multiplexing Actuation)は、腱駆動ロボットのための実用的アプローチである。
MuxArmは2.17kgの自己重量を実現し、アクチュエータ駆動能力は10kgまでサポートし、エンドエフェクターの精度を最大1%まで維持する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.371753469050942
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Robotic manipulators for aerospace applications require a delicate balance between lightweight construction and fault-tolerant operation to satisfy strict weight limitations and ensure reliability in remote, hazardous environments. This paper presents Time-Division Multiplexing Actuation (TDMA), a practical approach for tendon-driven robots that significantly reduces actuator count while preserving high torque output and intrinsic fault tolerance. The key hardware employs a vertically-stacked rotational selection structure that integrates self-rotating TDM motors for rapid configuration, electromagnetic clutches enabling sub-0.1 second engagement, a worm gear reducer for enhanced load capacity and self-locking capability, and a dual-encoder system for precise, long-term positioning. Leveraging TDMA, the proposed MuxArm achieves a self-weight of 2.17 kg, supports an actuator driving capacity of 10 kg, and maintains end-effector accuracy up to 1% of its length, even under partial servo failure. Additionally, an actuation space trajectory planning algorithm is developed, enabling fault-tolerant control and reducing tendon load by up to 50% compared to conventional methods. Comprehensive experiments demonstrate MuxArm's robust performance in diverse settings, including free-space, cluttered, and confined environments.
- Abstract（参考訳）: 航空宇宙応用のためのロボットマニピュレータは、厳密な重量制限を満足させ、遠隔の危険環境における信頼性を確保するために、軽量な構成と耐故障性操作の微妙なバランスを必要とする。
本稿では,高トルク出力と固有耐故障性を保ちながらアクチュエータ数を著しく削減する,腱駆動型ロボットのための実用的アプローチであるTDMAを提案する。
キーハードウェアは、高速な構成のために自己回転式TDMモータを統合する垂直スタックの回転選択構造、0.1秒以下のエンゲージを可能にする電磁クラッチ、負荷容量と自己ロック能力を向上させるワームギアリデューサ、そして正確な長期位置決めのためのデュアルエンコーダシステムを備えている。
TDMAを利用することで、提案されたMuxArmは2.17kgの自己重量を実現し、アクチュエータ駆動能力は10kgまでサポートし、部分サーボ故障でも最大1%の精度でエンドエフェクターの精度を維持する。
さらに, 従来の手法と比較して, 耐故障性制御と腱負荷の最大50%低減が可能な作動空間軌道計画アルゴリズムを開発した。
総合的な実験は、MuxArmの様々な環境での堅牢なパフォーマンスを実証している。
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