수동 역 동성

수동 동력학은 액추에이터, 로봇 또는 생물체가 동력원 (예 : 배터리, 연료, ATP)에서 에너지를 끌어 오지 않을 때 동력 학적 동작을 의미합니다. 애플리케이션에 따라 전원 시스템의 수동 동역학을 고려하거나 변경하면 성능, 특히 에너지 경제성, 안정성 및 작업 대역폭에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 전원을 사용하지 않는 장치는 “수동”으로 간주되며, 그 동작은 수동적 인 동력학에 의해 완전히 설명됩니다.

로봇 분야의 일부 분야 (특히 다리 식 로봇 공학)에서는 수동 역학에 대한 설계와보다 편안한 제어가 20 세기를 통해 개발 된 조인트 위치 제어 방법에 대한 보완 적 (또는 대안 적) 접근법이되었습니다. 또한, 동물의 수동 동역학은 생물 역학 및 통합 생물 학자들에게 관심의 대상이었습니다. 이러한 동역학은 종종 생물학적 운동의 기초가되며 신경 기계 학적 통제와 결합됩니다.

특히 수동적 동역학을 연구하고 공학하는 분야는 다리 운동과 조작을 포함합니다.

역사
기간 및 그것의 원리는 1980 년대 후반에 Tad McGeer에 의해 개발되었다. 브리티시 컬럼비아의 버나비 (Burnaby)에있는 Simon Fraser University에서 McGeer는 인간과 같은 프레임이 근육이나 모터가 필요없는 경사면을 따라 걷는 것을 보여주었습니다. McGeer의 초기 패시브 다이나믹 머신은 중력과 사지의 자연스러운 스윙으로 경사면을 따라 앞으로 나아갈 수있었습니다.

모델
수동 동역학의 원래 모델은 인간과 동물의 다리 동작을 기반으로합니다. Honda Asimo 로봇의 다리와 같은 완전하게 작동되는 시스템은 각 관절이 모터와 제어 어셈블리를 가지고 있기 때문에 그다지 효율적이지 않습니다. 인간과 같은 걸음 걸이는 훨씬 더 효율적입니다. 왜냐하면 운동은 각 관절에 배치 된 모터 대신에 다리의 자연스러운 요동에 의해 유지되기 때문입니다.

태드 맥기 (Tad McGeer)의 1990 년 논문 “무릎을 동반 한 패시브 워킹 (Passive Walking with Knees)”은 다리를 걷기위한 무릎의 장점에 대한 훌륭한 개요를 제공합니다. 그는 무릎이 보행 시스템에 많은 실질적인 이점을 가지고 있음을 분명히 보여줍니다. 맥기에 (McGeer)에 따르면, 무릎은 다리가 앞으로 휘두르는 때 땅에 충돌하는 발의 문제를 해결하고 일부 환경에서는 더 안정적이다.

패시브 다이내믹스는 기계 및 전기 요소의 조합으로 시스템을 제어하기 때문에 컨트롤 분야에 가치있는 추가 기능입니다. 제어 방법은 항상 시스템의 기계적 동작 (물리학)에 기반을두고 있지만 수동적 인 동력학은 형태 학적 계산의 발견을 이용합니다. 형태 학적 계산은 기계 시스템이 제어 기능을 수행 할 수있는 능력입니다.

수동 역 동성 적용
패시브 다이내믹 워커에 작동 기능을 추가하면 매우 효율적인 로봇 워커가됩니다. 이러한 워커는보다 적은 질량으로 구현 될 수 있으며 모터가 2 개만 있으면 효과적으로 걸을 수 있기 때문에 에너지를 덜 사용합니다. 이 조합은 우수한 “운송 비용”을 가져옵니다.

평지 운송에서의 에너지 효율은 단위 중량을 단위 거리로 운반하는 데 필요한 에너지의 양인 무한 “특정 운송 비용”측면에서 정량화됩니다. Cornell Efficient Biped와 같은 패시브 다이내믹 워커는 사람과 동일한 운송 비용이 동일합니다 (0.20). 우연히도 수동적 인 다이내믹 워커는 인간과 같은 걸음 걸이를 가지고 있습니다. 비교해 보면, Honda의 바이브드 ASIMO는 자신의 팔다리의 수동적 인 동력학을 사용하지 않지만 운송비는 3.23입니다.

보행 로봇의 현재 거리 기록 (65.17km)은 코넬 레인저 (Carnell Ranger)에 기반한 패시브 다이나믹스 (passive dynamics)에 의해 유지됩니다.

패시브 다이내믹스 (passive dynamics)는 최근 보철물의 디자인과 제어에 중요한 역할을합니다. 수동 동역학은 효율적인 운동의 수학적 모델을 제공하기 때문에 절단 된 자에게 적은 에너지를 필요로하는 효율적인 팔다리를 개발하는 적절한 방법입니다. 앤드류 한센 (Andrew Hansen), 스티븐 가드 (Steven Gard) 및 다른 사람들은 수동적 역 동성을 활용하여보다 우수한 발 보철 기술을 개발하기 위해 광범위한 연구를 수행했습니다.

패시브 워킹 바이 페드 로봇은 분기, 간헐성 및 위기와 같은 다양한 종류의 혼란스러운 행동을 보입니다.