DSO-VSA：一种解耦刚度与输出特性的可变刚度执行器用于康复机器人
机器人学
2025-12-23 v1
摘要
中风导致的运动功能损失常造成上肢功能显著下降，为康复机器人提供安全且透明的人机交互（pHRI）需求日益增长。可变刚度执行器非常适合此类应用。然而，现有大多数设计中，刚度与位移角度耦合，使建模和控制复杂化。为此，本文提出一种用于康复机器人的解耦刚度与输出行为的可变刚度执行器。该系统集成了一种变量长度杠杆与 hypocycloidal 直线机构的组合，以实现线性扭矩-位移关系和从接近零到理论上的无穷大的连续刚度调制。它还包含基于行星齿轮系统的微传动机构，实现双电机负载共享。我们进一步在微传动配置基础上开发了级联 PI 控制器，其中位置环节联合调节刚度和位移角度，有效抑制了刚度波动和输出扰动。通过刚度校准、刚度调节、扭矩控制、解耦特性和双电机负载共享实验验证了原型机的性能，表明其在康复外骨骼和其他 pHRI 系统中具有潜力。
引用
@article{arxiv.2512.18712,
title = {DSO-VSA: a Variable Stiffness Actuator with Decoupled Stiffness and Output Characteristics for Rehabilitation Robotics},
author = {Maozeng Zhang and Ke Shi and Huijun Li and Tongshu Chen and Jiejun Yan and Aiguo Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.18712},
year = {2025}
}