Tunable, Textile-Based Joint Impedance Module for Soft Robotic Applications

执行机构 流体学 电阻抗 扭矩 刚度 带宽(计算) 非线性系统 机械阻抗 控制理论(社会学) 工程类 计算机科学 电气工程 物理 结构工程 电信 控制(管理) 量子力学 人工智能 热力学
作者
Ciaran O'Neill,Harrison T Young,Cameron J. Hohimer,Tommaso Proietti,Mo Rastgaar,Panagiotis Artemiadis,Conor J. Walsh
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
标识
DOI:10.1089/soro.2021.0173
摘要

The design of soft actuators is often focused on achieving target trajectories or delivering specific forces and torques, rather than controlling the impedance of the actuator. This article outlines a new soft, tunable pneumatic impedance module based on an antagonistic actuator setup of textile-based pneumatic actuators intended to deliver bidirectional torques about a joint. Through mechanical programming of the actuators (select tuning of geometric parameters), the baseline torque to angle relationship of the module can be tuned. A high bandwidth fluidic controller that can rapidly modulate the pressure at up to 8 Hz in each antagonistic actuator was also developed to enable tunable impedance modulation. This high bandwidth was achieved through the characterization and modeling of the proportional valves used, derivation of a fluidic model, and derivation of control equations. The resulting impedance module was capable of modulating its stiffness from 0 to 100 Nm/rad, at velocities up to 120°/s and emulating asymmetric and nonlinear stiffness profiles, typical in wearable robotic applications.

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