In assistive robots, compliant actuator is a key component in establishing safe and satisfactory physical human-robot interaction (pHRI). The performance of compliant actuators largely depends on the stiffness of the elastic element. Generally, low stiffness is desirable to achieve low impedance, high fidelity of force control and safe pHRI, while high stiffness is required to ensure sufficient force bandwidth and output force. These requirements, however, are contradictory and often vary according to different tasks and conditions. In order to address the contradiction of stiffness selection and improve adaptability to different applications, we develop a reconfigurable rotary series elastic actuator with nonlinear stiffness (RRSEAns) for assistive robots. In this paper, an accurate model of the reconfigurable rotary series elastic element (RSEE) is presented and the adjusting principles are investigated, followed by detailed analysis and experimental validation. The RRSEAns can provide a wide range of stiffness from 0.095 Nm/deg to 2.33 Nm/deg, and different stiffness profiles can be yielded with respect to different configuration of the reconfigurable RSEE. The overall performance of the RRSEAns is verified by experiments on frequency response, torque control and pHRI, which is adequate for most applications in assistive robots. Specifically, the root-mean-square (RMS) error of the interaction torque results as low as 0.07 Nm in transparent/human-in-charge mode, demonstrating the advantages of the RRSEAns in pHRI.


翻译:在辅助机器人中,合规动作器是建立安全和令人满意的人体-机器人物理互动(pHRI)的关键组成部分。合规动作器的性能主要取决于弹性元素的坚硬度。一般而言,低僵硬性对于实现低阻力、高忠诚度的武力控制和安全的pHRI是可取的,同时需要高僵硬性才能确保足够的力带宽和输出力。然而,这些要求自相矛盾,而且往往因不同的任务和条件而异。为了解决僵硬度选择的矛盾,并改进对不同应用的适应性,我们为辅助机器人开发了可重新配置的旋转动作序列弹性动作器(RMSEANs)和非直线性硬性(RMSEANS ) 。在本文件中,一个精确的可调整旋转序列弹性元素(RSE) 的精确模型可以确保足够的力带宽度带宽度带宽度和输出力。RRSEA可以提供从 0.095 Nm/ deg 到 2.33 Nm/deg 的宽度的宽度, 和不同的硬度剖面图剖面图说明可重新配置,在REA 的频率上显示最精确性反应的精确性反应,这是对REEA的精确性反应的精确性反应的精确度的精确度的精确性反应的精确性反应,这是对REA的精确性能的精确性测试的精确性能的精确性能的精确性能的精确性测试的精确性能的精确性能的精确性,用于的精确性测试。

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