Применение эластичных актюаторов с торсионной пружиной переменной жесткости в роботизированных устройствах реабилитации
https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-7-527-534
Аннотация
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.
Об авторах
М. С. Малов
Университет ИТМО
Россия
Россия
Михаил Сергеевич Малов – аспирант; факультет систем управления и робототехники
Санкт-Петербур
В. М. Мусалимов
Университет ИТМО
Россия
Россия
Виктор Михайлович Мусалимов – д-р техн. наук, профессор; факультет систем управления и робототехники
Санкт-Петербур
С. Ю. Ловлин
Университет ИТМО
Россия
Россия
Сергей Юрьевич Ловлин – канд. техн. наук, доцент; факультет систем управления и робототехники
Санкт-Петербур
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 NASAJSC 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 bowdencable-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.
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.
17. Даминов В. Д. Роботизированная локомоторная терапия в нейрореабилитации // Вестн. восстановительной медицины. 2012. № 1.
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.
Рецензия
Для цитирования:
Малов М.С., Мусалимов В.М., Ловлин С.Ю. Применение эластичных актюаторов с торсионной пружиной переменной жесткости в роботизированных устройствах реабилитации. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022;65(7):527-534. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-7-527-534
For citation:
Malov M.S., Musalimov V.M., Lovlin S.Yu. Application of Elastic Actuators with Torsion Spring of Variable Stiffness in Robotic Rehabilitation Devices. Journal of Instrument Engineering. 2022;65(7):527-534. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-7-527-534
Просмотров:
19
Послать статью по эл. почте 