朱秋国， 熊蓉， 吕铖杰， 毛翊超

(浙江大学工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027)

新型串联弹性驱动器设计与速度控制

朱秋国， 熊蓉， 吕铖杰， 毛翊超

(浙江大学工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027)

针对机械臂与环境间的交互性和安全性问题，设计一种新型串联弹性驱动器(series elastic actuator，SEA)。通过设计平面型扭转弹性元件替代传统弹簧，使得驱动器具有较高的集成度。弹性元件的引入降低了传动机构阻抗上限，增强了对外界环境的顺应能力。为了提高SEA速度控制精确度，提出采用BP神经网络控制的方法，通过补偿负载的重力等非线性特性，以实现基于SEA力矩控制模式下的稳定速度控制。实验结果验证了驱动器良好的速度跟随性和顺应性，实现了与环境之间的安全交互。这类驱动器在腿式机器人、外骨骼机器人和工业机械臂中有着良好的应用前景。

串联弹性驱动器;扭转弹性元件;速度控制;BP神经网络;非线性

0引言

机械臂作为机器人的重要执行机构，在工业生产、医疗服务和军事探索中均具有重要的作用。传统的机械臂能够在操作空间中实现精确的位置和速度控制，但在非结构环境中，机械臂更需要具备一定的柔顺性和安全交互能力，才能满足工作的需求。因此，许多学者开展了机械臂力控制的研究，并取得了一定的成果［1－4］。然而，这些机器人的关节仍采用“电机+减速器+负载”的刚性设计，它们借助安装在关节或执行器末端的力传感器来感知环境的接触信息。……