电缆驱动SEA的人机交互增强虚拟刚度控制

"这篇研究论文探讨了用于人机交互的电缆驱动系列弹性执行器（SEA）的增强虚拟刚度渲染技术。SEA在人机交互中提供了固有的柔顺性、安全性和其他优势，但同时也带来了控制挑战。文章旨在解决电缆驱动SEA系统的刚度渲染问题，以实现低刚度以获得良好的透明度或高刚度超过物理弹簧常数，并通过量化指标评估渲染精度。论文采用了基于速度源模型的电机模型，构建了一个级联的 velocity-torque-impedance 控制结构，以实现高保真扭矩控制。此外，还运用了2-DOF稳定控制方法和补偿器来平衡跟踪性能、噪声和干扰的需求。" 在这篇研究论文中，作者关注的是人机交互（HRI）领域，这是以人类为中心的机器人技术的基础。系列弹性执行器（SEA）是HRI中的一个重要组件，因为其内在的柔顺性可以提高与人的交互安全性。然而，这种弹性元件也给控制系统带来了复杂性。为了克服这一挑战，论文提出了一种增强虚拟刚度渲染的方法。 论文的核心贡献在于设计了一种电缆驱动SEA的刚度渲染策略。该策略允许系统在需要时提供低刚度，以实现更好的透明感，使用户感觉与机器人的交互更加自然。同时，它也可以提供比物理弹簧更高刚度的能力，这在某些需要更稳定或响应更快的交互场景下非常有用。为了评估刚度渲染的准确性，论文引入了量化的性能指标。 控制结构方面，论文采用了一个基于电机速度源模型的级联控制架构，该架构包括速度、扭矩和阻抗控制三个环节。为了实现高精度的扭矩控制，论文采用了2-DOF稳定控制方法，这有助于在保持跟踪性能的同时抑制噪声和干扰。此外，还引入了补偿器来进一步优化控制性能，确保在面对不同工况时，系统的响应能够满足预期。 这篇论文为电缆驱动的SEA在人机交互中的应用提供了新的思路，通过增强虚拟刚度渲染技术提高了系统的适应性和交互质量。这种方法不仅对机器人控制理论有重要的学术价值，也为实际的人机交互应用提供了实用的技术解决方案。