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一种新型s型弹簧变刚度旋转执行器( A Novel Rotational Actuator With Variable Stiffness Using S-shaped Springs )
Y Xu K Guo J Li Y Li
本文提出了一种以S形弹簧为弹性元件的新型旋转变刚度执行器。S形弹簧是基于可变梁长的原理设计的，它允许一个容易定制和广泛的刚度调节。通过旋转S形弹簧可以在线平滑地调节刚度，形成紧凑的刚度调节机构。此外，行星齿轮差速器用于驱动刚度调节机构，使得刚度控制电机和主驱动电机都可以放置在近侧部分。这种结构有效地减小了运动部件的反射惯性，有助于实现紧凑的设计，提高控制性能。所提出的执行器在功率重量比和功率体积比方面在同类输出功率设计中名列前茅；从而验证了所提设计的紧凑性。此外，所提设计的刚度调整速度也在设计中名列前茅。因此，该驱动器可用于快速刚度调节。为了在不同工况下进行鲁棒位置跟踪，利用扰动观测器估计由负载转矩和模型不确定性引起的失配集总扰动。为进一步改善控制性能，引入滑模控制项补偿扰动估计误差。利用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性。不同工况下的实验结果验证了新型执行器的有效性和所提控制器的有效性。
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