Joint Stiffness Varying Mechanism for LASDRA System Based on Layer Jamming

Abstract

A novel joint locking mechanism based on layer jamming is presented for large-size aerial skeleton with distributed rotor actuation (LASDRA) system. The joint stiffness varying mechanism is designed in order to increase work force of the entire system. The joint feature is designed as hollow structure to ensure the system scalability and to connect vacuum and energy supply line effortlessly. Layer jamming is selected as the main principle of the joint locking device due to its advantage on weight and form factor issue, considering the constraint of the aerial system. Ratchet brake, locking the joint mechanically, is adopted as the sub principle to prevent rotation on roll axis. The stiffness modification of the joint is analyzed using texture analyzer. The work force adjustment of the LASDRA system is also measured through the experiment, verifying the effectiveness of the proposed mechanism.

본 논문에서는 다중분산로터기반 로봇팔 LASDRA (large-size aerial skeleton with distributed rotor actuation) 시스템을 위한 레이어 재밍에 기반한 관절잠금구조에 대해서 기술한다. 시스템 작업력을 증가시키기 위한 목적으로 해당 구조를 디자인하였다. 전체 시스템의 동력을 공급하는 베이스에서의 공급선 연결 최적화 및 시스템 확장성의 보장을 위해 전체적인 구조를 중공형으로 디자인하였다. 에어리얼 시스템이라는 제약조건에 적합한 무게와 크기 제약을 만족시킬 수 있는 레이어 재밍을 중심 작동원리로 채택하였다. 롤 방향 회전을 방지하기 위해 추가적으로 기계적 잠금장치인 라쳇 브레이크를 보조 작동원리로 채택하였다. 해당 관절잠금구조의 강성 변화를 물성분석기를 통해 분석하였고, 실제 LASDRA 시스템에서의 실험 및 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 구조물의 실효성을 검증하였다.