Architektur zur robusten Kraft- und Impedanzsteuerung von seriellen elastischen Stellgliedern

Architektur (30) für ein serielles elastisches Stellglied (SEA) zur Bereitstellung einer Kraftsteuerung für ein serielles elastisches Stellglied (SEA), das eine Last (38) betätigt, wobei die Architektur (30) umfasst:eine mit der Last (38) gekoppelte Feder (36);einen Motor (32), der eine Motorwelle und ein Getriebe (34) umfasst, wobei die Motorwelle mit der Feder (36) gekoppelt ist;einen ersten Positionssensor (40), der an einem Ausgang des Getriebes (34) des Motors (32) bereitgestellt ist, wobei der erste Sensor (40) die Orientierung der Motorwelle misst;einen zweiten Positionssensor (42), der an einem entgegengesetzten Ende der Feder (36) bereitgestellt ist und die Orientierung der Last (38) misst;einen eingebetteten Prozessor (44), der nahe bei dem Motor (32) bereitgestellt ist und Sensorpositionssignale (θ, q) von den ersten und zweiten Sensoren (40, 42) empfängt, wobei der eingebettete Prozessor (44) das tatsächliche Drehmoment der Feder (36) auf der Grundlage der Orientierung der Motorwelle und der Last (38) und der Federkonstante berechnet; undeinen entfernten Controller (46), der ein Referenzdrehmomentsignal (τ*) an den eingebetteten Prozessor (44) liefert, wobei der eingebettete Prozessor (44) die Differenz zwischen dem Referenzdrehmoment (τ*) und dem tatsächlichen Drehmoment an der Feder (36) bestimmt und die Position der Motorwelle so steuert, dass das Referenzdrehmoment (τ*) und das tatsächliche Drehmoment gleich sind. An SEA architecture for controlling the torque applied by an SEA that has particular application for controlling the position of a robot link. The SEA architecture includes a motor coupled to one end of an elastic spring and a load coupled to an opposite end of the elastic spring, where the motor drives the load through the spring. The orientation of the shaft of the motor and the load are measured by position sensors. Position signals from the position sensors are sent to an embedded processor that determines the orientation of the load relative to the motor shaft to determine the torque on the spring. The embedded processor receives reference torque signals from a remote controller, and the embedded processor operates a high-speed servo loop about the desired joint torque. The remote controller determines the desired joint torque based on higher order objectives by their impedance or positioning objectives.