人机交互中电缆驱动SEA的增强虚拟刚度控制策略

本文主要探讨的是"用于人机交互的电缆驱动SEA的增强虚拟刚度渲染"这一主题，发表在2017年10月的《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》上。随着人类中心机器人的发展，人机交互（HRI）已经成为一个关键领域，已经吸引研究人员关注超过十年。系列弹性驱动器（SEA）因其固有的柔顺性、安全性和对HRI的额外优势而备受青睐，但它引入的弹性元件也带来了控制上的挑战。 研究焦点在于解决电缆驱动SEA系统的刚度渲染问题。传统的SEA系统在保持良好透明度（即模拟真实机械刚度以提高用户交互体验）时可能显得过于软，而在需要提供高于物理弹簧常数的刚度时又面临困难。为了克服这些挑战，研究人员提出了一种方法，旨在实现低刚度以增强透明度，同时也能达到高于实际弹簧系数的刚度，确保人机交互的精度。 作者宁波余等人采用了电机的速率源模型，构建了一个级联的速率-力-阻抗控制结构。这种结构允许精确的扭矩控制，通过采用两自由度（DOF）稳定控制策略，并结合补偿器，有效平衡了跟踪性能、噪声和干扰的需求。这种技术有助于提升系统响应速度和控制稳定性，使得电缆驱动SEA在人机交互场景下能够更有效地适应用户的操作，提供更加自然和舒适的交互体验。 文章不仅涉及理论建模，还包含了定量评估方法，用来测量和验证虚拟刚度渲染的准确性和有效性。这为设计更先进的人机交互系统提供了有价值的研究成果，对于未来SEA在工业机器人、医疗康复设备或家用服务机器人的应用具有重要的实践意义。整个研究强调了在满足人机交互需求的同时，如何优化控制系统的设计和性能，从而推动了人机协作技术的进步。