Energy-Efficient Bipedal Locomotion Through Parallel Actuation of Hip and Ankle Joints

脚踝 两足动物 计算机科学 物理医学与康复 医学 解剖
作者
Prakash Manoharan,P. Karthikeyan
出处
期刊:Symmetry [MDPI AG]
卷期号:17 (7): 1110-1110
标识
DOI:10.3390/sym17071110
摘要

Achieving energy-efficient, human-like gait remains a major challenge in bipedal humanoid robotics, as traditional serial actuation architectures often lead to high instantaneous power peaks and uneven load distribution. This study addresses the lack of research on how mechanical symmetry, achieved through parallel actuation, can improve power management in lower-limb joints. We developed a 14-degree-of-freedom (DOF) hip-sized bipedal robot model and conducted simulations comparing a conventional serial configuration—using single-DOF rotary actuators—with a novel parallel configuration that employs paired linear actuators at the hip pitch, hip roll, ankle pitch, and ankle roll joints. Simulation results over a standardized walking cycle show that the parallel configuration reduces peak hip-pitch power by 80.4% and peak ankle-pitch power by 53.5%. These findings demonstrate that incorporating actuator symmetry through parallel joint design significantly reduces actuator stress, improves load sharing, and enhances overall energy efficiency in bipedal locomotion.
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