Исследуется вопрос оптимальной упругости пружины в актюаторе с целью разработки эффективных и компактных гибких соединений с использованием физических пружин для возможного применения в носимых роботизированных устройствах реабилитации. Представлен обзор отечественных и зарубежных разработок, указаны различные подходы к классификация актюаторов по расположению пружины. Рассмотрены преимущества и недостатки альтернативных решений, разработан концепт плоского торсиона, который позволит собирать несколько пружин на одном валу
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Электроника
Для решения подобных задач в сфере реабилитации были использованы наработанные решения в биомехатронике. Концепция, сформированная в 1995 г. М. Ульямсоном в работе „Series Elastic Actuators“ (SEA — линейный упругий привод), получила дальнейшее развитие [3]. Такая конструкция обеспечивает устойчивость SEA к ударным нагрузкам, низкий выходной механический импеданс, пассивное накопление механической энергии и повышенную пиковую мощность, что, в свою очередь, позволяет точно управлять положением входного звена и тем самым обеспечивать безопасное взаимодействие пользователя и робота. При такой конструкции необходимо учитывать множество нюансов, один из самых важных — баланс жесткости пружины актюатора. Это свойство заключается в равновесии между выдерживаемыми нагрузками и управляющим импедансом, для которого пружина не должна быть слишком жесткой, что является одной из самых сложных задач при проектировании SEA
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Khatib O., Yokoi K., Brock O., Chang Kyong Sok, Casal A. Robots in Human Environments: Basic Autonomous Capabilities // Intern. Journal Robotic Res. 1999. N 18. P. 684-696.
2. De Santis A., Siciliano B., De Luca A., Bicchi A. An atlas of physical human-robot interaction // Mechanism and Machine Theory. 2008. Vol. 43, iss. 3. P. 253-270,. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2007.03.003
3. Williamson M. M. Series Elastic Actuators // Tech. Rep. 1524: Massachusetts Institute of Technology. Boston, 1995.
4. Robinson D. W., Pratt J. E., Paluska D. J., Pratt G. A. Series Elastic Actuator Development for a Biomimetic Walking Robot // IEEE/ASME Intern. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics, Atlanta, GA, Sept. 19-22, 1999.
5. Paine N., Oh S., Sentis L. Design and control considerations for highperformance series elastic actuators // IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2014. Vol. 19. P. 1080-1091.
6. Paine N., Mehling J. S., Holley J., Radford N. A., Johnson G., Fok C. L., Sentis L. Actuator Control for the NASA- JSC Valkyrie Humanoid Robot: A Decoupled Dynamics Approach for Torque Control of Series Elastic Robots //j. Field Robot. 2015. N 32. P. 378-396.
7. Carpino G., Accoto D., Sergi F., Tagliamonte L. N., Guglielmelli E. A Novel Compact Torsional Spring for Series Elastic Actuators for Assistive Wearable Robots // ASME Journal of Mechanical Design. 2012. N 134(12). P. 121002. DOI: 10.1115/1.4007695
8. Veneman J. F., Ekkelenkamp R., Kruidhof R., Helm F. van der, Kooij H. van der. A series elastic- and bowden- cable-based actuation system for use as torque actuator in exoskeleton-type robots // Intern. Journal of Robotics Research. 2006. N 25(3). P. 261- 281.
9. Tsagarakis N., Laffranchi M., Vanderborght B., Caldwell D. A compact soft actuator unit for small scale human friendly robots // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. 2009. P. 4356-4362.
10. Lagoda C., Schouten A., Stienen A., Hekman E., Kooij H. van der. Design of an electric series elastic actuated joint for robotic gait rehabilitation training // Proc. of the 3rd IEEE RAS and EMBS Intern. Conf. on Biomedical Robotics and Biomechatronics. 2010. P. 21-26.
11. Stienen A., Hekman E., Braak H. ter, Aalsma A., Helm F. van der, Kooij H. van der. Design of a rotational hydroelastic actuator for a powered exoskeleton for upper limb rehabilitation // IEEE Trans. on Biomedical Engineering. 2010. N 57(3). P. 728-735.
12. Knox B., Schmiedeler J. P. A unidirectional series-elastic actuator design using a spiral torsion spring // ASME Journal of Mechanical Design. 2009. N 131(125001). P. 1-5.
13. Геофизический комплекс 01-МТ8-1. Техническое описание. СПб: СПбФ ИЗМИРАН, 2009. 38 с.
14. Мусалимов В. М. Механика деформируемого кабеля. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. 203 с. EDN: QMIWYH
15. Мусалимов В. М., Мокряк С. Я., Соханев Б. В., Шиянов В. Д. Определение упругих характеристик гибких кабелей на основе модели спирально-анизотропного тела // Механика композитных материалов. 1984. № 1. С. 136-141.
16. Мусалимов В. М., Перепелкина С. Ю., Паасуке М., Гапеева Е., Ерелине Я. Статистическое моделирование передаточных отношений коленного сустава // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. № 20 (3). С. 446-454. EDN: KRZGXP
17. Даминов В. Д. Роботизированная локомоторная терапия в нейрореабилитации // Вестн. восстановительной медицины. 2012. № 1. EDN: OZEKQZ
18. Qian Chenglong, Zhu Aibin, Song Jiyuan, Shen Huang, Zhang Xiaodong, Cao Guangzhong. Design and Control of a Novel Series Elastic Actuator for Knee Exoskeleton // Proc. of the 12th Intern. Conf. on Intelligent Robotics & Applications, ICIRA. 2019. P. 629-640. DOI: 10.1007/978-3-030-27535-8_56
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассматриваются особенности применения CTD-зондов для исследования процессов взаимодействия речных и морских вод в устьях рек. Приведены результаты экспедиционных исследований гидродинамических процессов в устье реки Черной, полученные с помощью данных технических средств. Представлена методика выполнения экспериментов и приведены основные характеристики применяемого оборудования. Использование современных CTD-зондов позволяет получать информацию о распределении основных гидрологических параметров водной среды (удельной электропроводности и температуры) в натурных условиях, что необходимо при моделировании гидрологического режима устьев рек
Рассмотрена возможность применения абсорбционной спектроскопии для изучения оптических свойств стеклоомывающих жидкостей „Sintech“, „Freeze Way“ и „Frozox“ для автомобилей разных марок. Приведены оптическая схема и внешний вид измерительного прибора — спектрофотометра UV-2600i, а также показан измерительный блок, где крепятся кюветы с веществом. Получены спектральные кривые поглощения, отличные друг от друга по форме, наблюдаемые сдвиги кривых связаны с поверхностно активными веществами, функциональными добавками и красителями
Рассмотрены возможности методов изофотометрии для анализа линий спектра малой интенсивности. Назначение изофотометрии спектра состоит в способности выявления линий и зон спектра с низким уровнем интенсивности. Предложенный метод служит альтернативой традиционным методам регистрации линий спектра, в которых используется фотографирование спектра на приемнике изображения, что позволяет получить информацию о распределении относительной интенсивности спектра в диапазоне 10 –2. Изофотометрия функции рассеяния точки позволяет получать диапазон перепада относительных освещенностей в изображении 10 –4— 10 –5. Такие же возможности открываются при изофотометрии спектра. Кратко рассмотрены основы инновационных методов изофотометрии излучений и полей. Отмечено основное достоинство метода изофотометрии спектра — возможность обнаружения новых спектральных линий, которые не удается регистрировать традиционными методами. Отмечена эффективность метода и области его применения
Рассматривается задача траекторного управления движением мобильного робота вдоль заданной непрерывной траектории. Математическая модель движения робота может содержать неизвестные параметры, а траектория движения представляет собой произвольную непрерывную кривую с ограниченной кривизной. Приведена нелинейная модель движения робота, преобразование которой к нормальной форме позволило синтезировать робастный регулятор с использованием метода расширенного наблюдателя. Полученный алгоритм управления обеспечивает движение робота вдоль непрерывной траектории с ограниченной в установившемся режиме ошибкой, максимальное значение которой может регулироваться с помощью настроечных параметров
В рамках детерминированного подхода предложен алгоритм идентификации нестационарных параметров для классического уравнения линейной регрессии. При синтезе алгоритма оценивания нестационарных параметров допускается, что динамическая модель их изменения известна и представляет собой линейный генератор с переменными коэффициентами. Дополнительным усложнением задачи оценивания параметров для линейного регрессионного уравнения является наличие аддитивного синусоидального возмущающего воздействия с неизвестными постоянными амплитудами, частотами и фазами. Полученный алгоритм обеспечивает точное оценивание всех неизвестных нестационарных параметров
Рассмотрен способ оценивания сложности произвольных функций алгебры логики, основанный на их представлении композицией монотонных функций. Получены точные верхние оценки сложности монотонных и произвольных функций, зависящих от малого числа переменных.
Предложена структура организации схем встроенного контроля для логических устройств автоматики и вычислительной техники, основанная на использовании двух диагностических параметров (гибридная структура). В качестве первого диагностического параметра рассматривается принадлежность контролируемых в схеме встроенного контроля функций заранее выбранному избыточному коду, а в качестве второго диагностического параметра — принадлежность каждой функции к классу самодвойственных функций. Приведено подробное описание гибридной структуры организации схемы встроенного контроля. Рассмотрены частные случаи ее реализации — применение для контроля равновесных кодов „2 из 4“ и стандартных модулей сжатия парафазных сигналов. Продемонстрированы возможности использования специализированных схем предварительного сжатия сигналов с выходов объекта диагностирования, необходимых для сокращения вносимой структурной избыточности при синтезе схемы встроенного контроля. Приведен пример реализации схемы встроенного контроля по гибридной структуре. Рассмотрен алгоритм пошагового определения функций блока контрольной логики с учетом особенностей реализации полностью самопроверяемого цифрового устройства
Издательство
- Издательство
- МИНОБРНАУКИ РОССИИ
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- Тверская ул., д.11, г. Москва, ГСП- 3, 125993
- Юр. адрес
- 125009, г Москва, Тверской р-н, ул Тверская, д 11 стр 1, кв 4
- ФИО
- Фальков Валерий Николаевич (МИНИСТР)
- E-mail адрес
- info@minobrnauki.gov.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 5471316