Design and Analysis of a Parallel Elastic Shoulder Joint for Humanoid Robotics Application

IEEE Access, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1109/access.2025.3527873
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This paper presents an innovative hybrid cable-driven shoulder joint for humanoid robotics application. A blend of a flexible central limb and three rigid lateral limbs, form a 2-degree-of-freedom (2 DOF) mechanism that connects the mobile platform to the fixed base. This design leverages both good mechanical stability and the integration of an elastic element, which mitigate vibrations up to 40% and allow the storage and release of elastic potential energy up to 1.9 J. Initially, three alternative and incremental shoulder joint designs are presented and evaluated across two distinct experiments: 1) Energy storage analysis of the parallel mechanism during single cable motion and 2) Dynamic response and vibration damping. Following these experiments, a detailed analysis is performed on the stiffness properties of the proposed prototype, as it outperforms the other two designs. The dimension of the central elastic limb, made out of Thermo-Plastic Polyurethane (TPU), is optimized using Finite Element Analysis (FEA). The kinematic behavior of the proposed mechanism is approximated as a combination of linkages equipped with two universal joints, and its motion evaluated through numerical simulations and real experiments.