串联阻尼弹性驱动中稳定性与透明度的双端口分析

串联弹性驱动（SEA）是一种广泛使用的交互控制方法，因为它能够实现高保真且鲁棒的力量控制，提升物理人机交互（pHRI）的安全性。安全性是 pHRI 的强制性设计准则，由于稳定性鲁棒性与渲染性能之间存在根本权衡，它限制了交互性能。交互的安全性要求 pHRI 系统在耦合至各种未知操作者与环境时具有闭环稳定性。在本研究中，我们在频域无源框架内给出了速度源阻抗控制下串联阻尼弹性驱动双端口无源性的充要条件。基于新建立的条件，我们推导了虚拟耦合器的非保守无源界，并严格证明了与串联弹性元件并联的耗散元件之必要性，以及具有耗散的虚拟耦合器对于系统绝对稳定性与双端口无源性之必要性。物理滤波器与虚拟耦合器中的附加耗散元件使系统能够渲染高于纯 SEA 可渲染的虚拟刚度值。我们的结果通过给出所有无源终端的充要条件，扩展了先前关于耦合稳定性的研究。我们通过一组物理实验与系统性数值仿真验证了结果。