串联弹性驱动器的能耗与峰值功率最小化：弹性元件设计的凸优化框架
机器人学
2019-02-07 v3
摘要
与刚性驱动器相比，串联弹性驱动器（SEAs）具有降低电机能耗和峰值功率的潜力，尽管这些益处高度依赖于弹性元件的转矩-伸长曲线的设计。对于线性弹簧，自然动力学是这种设计的一种传统方法，但它有两个主要局限：难以或无法分析任意负载轨迹，且未考虑驱动器约束。参数优化也是一种解决这些局限的流行设计方法，但解仅在参数空间内最优。为克服这些局限，我们提出了一种非参数凸优化程序，用于设计非线性弹性元件，以最小化任意周期参考轨迹下的能耗和峰值功率。为获得凸性，我们对峰值功率表达式引入了凸近似；能耗无需近似即被证明为凸。代价函数中峰值功率与能耗的结合引出了一个多目标凸优化框架，构成本文的主要贡献。作为一个案例研究，我们恢复了三次弹簧的伸长-转矩曲线，以其自然振荡作为参考负载。随后，我们为踝关节假肢设计了非线性 SEAs，以最小化不同轨迹下的能耗和峰值功率，并在驱动器约束下扩展了可实现任务的范围。
引用
@article{arxiv.1811.05057,
title = {Minimizing Energy Consumption and Peak Power of Series Elastic Actuators: a Convex Optimization Framework for Elastic Element Design},
author = {Edgar Bolívar and Siavash Rezazadeh and Robert Gregg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.05057},
year = {2019}
}