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(jī)器人，力控制，觸覺，外骨骼，足機(jī)器人摘要 摘要在不受約束的環(huán)境中的機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)架構(gòu)，這對普通機(jī)床的設(shè)計(jì)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(fù)載，這樣會減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度。而要想精確地計(jì)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)?？刂蒲h(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(dá)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(jī)器人、人體器官移植擴(kuò)增外骨骼、機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人，能夠遵守環(huán)境是必要的。在足機(jī)器人行走在崎嶇地形的情況下,機(jī)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(jī)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(dú)立運(yùn)動的負(fù)載。在現(xiàn)實(shí)世界中，所有受力量控制的執(zhí)行機(jī)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(shí)輸出的負(fù)荷運(yùn)動。阻抗是一個函數(shù)的頻率的負(fù)荷運(yùn)動,通常是頻率的增加負(fù)載運(yùn)動。一個容易的 backdriveable 系統(tǒng)被認(rèn)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(jī)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(jī)械剛度、除其他事項(xiàng)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(diǎn)。一個齒輪電機(jī)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(jìn)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(xì)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(shí)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(jī)器人。在系列彈性致動器中,僵硬的負(fù)載細(xì)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(jī)構(gòu)的架構(gòu)。請注意，系列彈性執(zhí)行器負(fù)載傳感器和閉環(huán)控制系統(tǒng)的任何議案驅(qū)動器拓?fù)浣Y(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(fù)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(jì)算負(fù)載力。而反饋控制器，可以計(jì)算錯誤之間的實(shí)際力量和所需的力量，從而運(yùn)用適當(dāng)?shù)碾娏?、電機(jī)，以糾正任何勢力錯誤。與負(fù)載細(xì)胞的方法相比，彈性系列顯著遵守執(zhí)行器的輸出和負(fù)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(fù)載的情況。這樣一個溫和的直線運(yùn)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(shí)仍然確保沒有喋喋不休的存在性和穩(wěn)定

9、性?？刂圃鲆娴脑黾?，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(jī)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(fù)載細(xì)胞。這些改進(jìn)可以實(shí)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(diǎn)：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(jī)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(jī)構(gòu)的動態(tài)往往是占主導(dǎo)地位的機(jī)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(fù)載之間串聯(lián)的連貫性。3。力傳輸?shù)谋Ｕ娑龋ɑ蚱交┲校X輪減速或活塞不再是至關(guān)重要的，允許使用廉價(jià)的齒輪減速。齒輪通常傳輸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)載力，可以大大增加力量控制的保真度。4。電機(jī)所需的力高保