一种新型变刚度串联弹性执行器的设计与控制
机器人学
2023-01-04 v1
摘要
本文阐述了一种新的变刚度串联弹性执行器（VSSEA）的设计与控制。该执行器采用模块化机械设计方法构建，使我们能够有效优化执行器的刚度调节特性与功率密度。所提出的VSSEA具有以下特征：i) 输出连杆工作范围无限制；ii) 宽范围刚度调节（约20Nm/rad至约1KNm/rad）；iii) 在平衡位置与非平衡位置均具有低能耗的刚度调节；iv) 紧凑设计且高转矩密度（约36Nm/kg）；v) 高速刚度调节（约3000Nm/rad/s）。这些特征有助于提升许多先进机器人系统的安全性与性能，例如与非结构化环境进行物理交互的协作机器人（cobot），以及为人类用户提供物理辅助的外骨骼。这些特征还使我们能够仅采用常规控制器、利用变刚度特性来完成各种调节与轨迹跟踪控制任务，从而无需在柔顺驱动中综合复杂的运动控制系统。为此，实验证明所提出的VSSEA能够通过使用常规比例-积分-微分（PID）控制器精确跟踪期望的位置与力控制参考。
引用
@article{arxiv.2301.00939,
title = {Design and Control of a Novel Variable Stiffness Series Elastic Actuator},
author = {Emre Sariyildiz and Rahim Mutlu and Jon Roberts and Chin-Hsing Kuo and Barkan Ugurlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.00939},
year = {2023}
}
备注
IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS