Locking Force and Stiffness Oriented Design for an SMA-Actuated Miniaturized Lockable Prismatic Joint
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Lockable mechanisms offer significant advantages for robotic systems, such as enabling effective energy management, motion reconfiguration, and stiffness adjustment. Crucially, when unlocked, these mechanisms allow the robot’s intended motion to proceed unimpeded. Upon locking, however, they enable motion reconfiguration and provide substantially enhanced load-bearing capacity (with increased stiffness). This capability allows them to be seamlessly integrated into existing robotic systems. In this study, we propose a novel lockable prismatic (P) joint that is modular, miniaturized, and capable of high load-bearing with high stiffness, based on compliant mechanisms and shape memory alloy (SMA) actuators. We first detail the joint's working principle and identify critical design parameters governing its locking performance and stiffness. Subsequently, we present an optimized design framework, illustrated with two design cases. Experimental validation confirms the joint's functionality, achieving a locking force of up to 180 N and a locked-state axial stiffness of 1400 N/mm. Furthermore, we demonstrate the joint’s practical utility through its application in a motion-reconfigurable, snake-like robotic arm with a compact design space and multiple motion modes. The arm can navigate into confined spaces like wing boxes using diverse motion modes and can lock into a high-stiffness configuration for stable end-loaded operations. Collectively, this research illuminates a pathway towards utilizing smart materials and compliant mechanisms to create high-performance lockable P joints, providing a locking and motion reconfiguration solution that is easy to design and use for robots of different sizes and load-carrying capabilities.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».