彈性系列高保真力控制執(zhí)行器外文翻譯（譯文）

1、中文 中文6110字出處： 出處：Industrial Robot: An International Journal, 2002, 29(3): 234-241彈性系列高保真力控制執(zhí)行器 彈性系列高保真力控制執(zhí)行器Pratt J, Krupp B, Morse C關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：機器人，力控制，觸覺，外骨骼，足機器人摘要 摘要在不受約束的環(huán)境中的機器人的力控制中，彈性執(zhí)行器系列提供了許多好處。這些好處包括高力保真度、極低的阻抗、低摩

2、擦和良好的力量控制帶寬。彈性系列執(zhí)行器采用了新穎的機械設(shè)計架構(gòu)，這對普通機床的設(shè)計會起到很好的作用。一個符合元素之間放置著齒輪傳動和驅(qū)動負載，這樣會減少執(zhí)行機構(gòu)的剛度。而要想精確地計算出一個位置傳感器測量的撓度變形和力輸出就得使用胡克定律(F =KX 不變)。控制循環(huán)及其伺服驅(qū)動器所需的輸出力，以及由此產(chǎn)生的致動器都有內(nèi)在的沖擊寬容、高力富達和極低阻抗。這些特性可用在許多應(yīng)用程序中，其中包括足機器人、人體器官移植擴增外骨骼、機器人手臂

3、和觸覺接口自適應(yīng)懸架極低的外骨骼。介紹 介紹在傳統(tǒng)的制造業(yè)務(wù)中，機器人執(zhí)行繁瑣和重復(fù)的任務(wù)，要有很高的速度和精確度。在此設(shè)置中，那里的環(huán)境控制和任務(wù)是重復(fù)的，那么位置控制的機器人跟蹤預(yù)定義共同軌跡是最佳的。然而，在高度非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，那里的環(huán)境，迫使控制的機器人，能夠遵守環(huán)境是必要的。在足機器人行走在崎嶇地形的情況下,機器人手臂與用戶交互,可以提高動物的外骨骼,觸覺接口,和其他機器人應(yīng)用程序。一個理想的可控力執(zhí)行器將是一個完美的力量之

4、源，并輸出完全獨立運動的負載。在現(xiàn)實世界中，所有受力量控制的執(zhí)行機構(gòu)，都會有其局限性,這偏離完美的力源。這些限制包括阻抗,表面阻力和帶寬。一個驅(qū)動器阻抗是額外的力量在創(chuàng)建時輸出的負荷運動。阻抗是一個函數(shù)的頻率的負荷運動,通常是頻率的增加負載運動。一個容易的 backdriveable 系統(tǒng)被認為是低阻抗。這種表面爬行或粘著摩擦的現(xiàn)象,目前在大多數(shù)設(shè)備的機械組件以及滑動接觸中出現(xiàn)。表面必須克服脫離力,這種限制的最小的力致動器是可以輸出的。

5、帶寬驅(qū)動器的頻率激起的這種力量可以很精確的控制。帶寬、功率元件、機械剛度、除其他事項外這三者控制著系統(tǒng)增益飽和。在一個完美的力量之源中，阻抗是零（完全 backdriveable） ，黏附是零，帶寬是無限的。肌肉具有極低的阻抗、黏附和中等帶寬，是目前最知名的驅(qū)動技術(shù)，接近完美的力量之源?，F(xiàn)今執(zhí)行器技術(shù)已嚴(yán)重限制力控制在應(yīng)用中的使用特點。一個齒輪電機具有很高的reflected-inertia 和很多表面阻力,而且很難回到驅(qū)動器。液壓系統(tǒng)

6、具有高密封摩擦而且往往是幾乎不可能回到驅(qū)動器。通過添加系列彈性元件,在這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)中,一個 force-controllable 致動器將會有低阻抗、低摩擦和良好的帶寬。下面我們介紹其他國家的最先進的力可控制的方法，然后我們將描述系列彈性執(zhí)行器的一些細節(jié)。最后，我們描述一些典型的應(yīng)用彈性執(zhí)行器系列。國家的藝術(shù)力控制技術(shù) 國家的藝術(shù)力控制技術(shù)傳統(tǒng)的力控制技術(shù)，包括直接驅(qū)動器驅(qū)動、齒輪驅(qū)動器的電流控制、低摩擦驅(qū)動器電纜彈性執(zhí)行器系列，具有

7、低阻抗和摩擦，從而可以實現(xiàn)高品質(zhì)的力量控制.因此他們適合用在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的機器人。在系列彈性致動器中,僵硬的負載細胞(這是微妙的,昂貴的,從而引發(fā)喋喋不休)替換為一個明顯兼容彈性元件(這是健壯的,便宜,而且穩(wěn)定)。圖1顯示了系列彈力執(zhí)行機構(gòu)的架構(gòu)。請注意，系列彈性執(zhí)行器負載傳感器和閉環(huán)控制系統(tǒng)的任何議案驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)相似。圖 1：一個系列彈性執(zhí)行器的示意圖 ：一個系列彈性執(zhí)行器的示意圖類似于負載單元方法，系列執(zhí)行器使用活動的力彈性傳感

8、和閉環(huán)控制來減少摩擦和慣性的影響。測量壓縮兼容的元素，可以利用胡克定律計算負載力。而反饋控制器，可以計算錯誤之間的實際力量和所需的力量，從而運用適當(dāng)?shù)碾娏?、電機，以糾正任何勢力錯誤。與負載細胞的方法相比，彈性系列顯著遵守執(zhí)行器的輸出和負載之間的關(guān)系，從而大大提高了控制增益。上述考慮符合它們之間的線性驅(qū)動和剛性負載的情況。這樣一個溫和的直線運動，將產(chǎn)生一個非常小的力量讀。因此,閉環(huán)控制收益可能非常高,同時仍然確保沒有喋喋不休的存在性和穩(wěn)定

9、性。控制增益的增加，大大降低了阻抗增加背部的操控性，并且也減少黏附的影響，最后清潔力輸出給執(zhí)行機構(gòu)。更重要的是高阻抗和高黏附組件是容忍的，可以降低成本并且重量允許使用更小、精度低，這樣驅(qū)動器組件、簡單的彈簧和位置傳感器（編碼器，電位器）就還可以取代昂貴的負載細胞。這些改進可以實現(xiàn)在電動和液壓驅(qū)動域中。僵硬稱重傳感器與執(zhí)行器相比，彈性系列執(zhí)行器具有以下優(yōu)點：1。執(zhí)行器具有較低的輸出阻抗和較少的背部操控性，即使在液壓系統(tǒng)中。電機慣量和齒輪傳

10、動摩擦（或流體的慣性和摩擦密封）的動態(tài)效果幾乎是無形的輸出。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)往往是占主導(dǎo)地位的機制動態(tài)，使其難以完成預(yù)定是任務(wù)，確保高力保真度。2?？箾_擊性，大大提高了傳動系統(tǒng)和負載之間串聯(lián)的連貫性。3。力傳輸?shù)谋Ｕ娑龋ɑ蚱交┲?，齒輪減速或活塞不再是至關(guān)重要的，允許使用廉價的齒輪減速。齒輪通常傳輸力遠遠高于保真度的位置。該系列彈性作為齒輪減速之間的輸出位置傳感器和負載力，可以大大增加力量控制的保真度。4。電機所需的力高保