串联弹性执行器的线性控制中的性能与被动性结合
机器人学
2025-09-23 v1
摘要
当人类与机器人进行物理交互时,我们需要机器人既安全又高效。串联弹性执行器(SEA)通过引入可调节的弹性实现了安全性的提升。一方面,弹簧可减轻人类与机器人之间意外碰撞的冲击;另一方面,弹簧引入振荡,从而根本性地降低机器人进行精确、准确运动的能力。那么,我们应如何在物理安全性和性能之间进行权衡?本文枚举了串联弹性执行器的不同线性控制和机械配置,并探讨了每种选择如何影响呈现的可调节性、被动性和跟踪性能。虽然先前工作侧重于负载侧控制,但我们发现执行器侧控制具有显著优势。事实上,执行器侧的简单PD控制器允许使用更广泛的控制增益来维持安全性,而将其与弹性传动中的阻尼器组合可实现高性能。我们的仿真和实际实验表明,通过采用低物理刚度和高控制增益的系统设计,可实现精确的性能,同时确保在碰撞期间的用户安全。
引用
@article{arxiv.2509.17210,
title = {Combining Performance and Passivity in Linear Control of Series Elastic Actuators},
author = {Shaunak A. Mehta and Dylan P. Losey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.17210},
year = {2025}
}