論文の概要: DSO-VSA: a Variable Stiffness Actuator with Decoupled Stiffness and Output Characteristics for Rehabilitation Robotics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.18712v1
- Date: Sun, 21 Dec 2025 12:13:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.45337
- Title: DSO-VSA: a Variable Stiffness Actuator with Decoupled Stiffness and Output Characteristics for Rehabilitation Robotics
- Title（参考訳）: DSO-VSA: リハビリテーションロボティクスのための分離剛性と出力特性を有する可変剛性アクチュエータ
- Authors: Maozeng Zhang, Ke Shi, Huijun Li, Tongshu Chen, Jiejun Yan, Aiguo Song,
- Abstract要約: 本稿では, 脱カップリングされた剛性と再生ロボットの出力挙動を特徴とする可変剛性アクチュエータを提案する。
このシステムは、可変長レバーと低シクロディダル直線機構を組み合わせた可変剛性機構を統合し、線形トルク-偏向関係を実現する。
位置ループ項が剛性と偏向角を協調的に調節する微分構成に基づいて、カスケードPIコントローラをさらに発展させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.174959557114532
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Stroke-induced motor impairment often results in substantial loss of upper-limb function, creating a strong demand for rehabilitation robots that enable safe and transparent physical human-robot interaction (pHRI). Variable stiffness actuators are well suited for such applications. However, in most existing designs, stiffness is coupled with the deflection angle, complicating both modeling and control. To address this limitation, this paper presents a variable stiffness actuator featuring decoupled stiffness and output behavior for rehabilitation robotics. The system integrates a variable stiffness mechanism that combines a variable-length lever with a hypocycloidal straight-line mechanism to achieve a linear torque-deflection relationship and continuous stiffness modulation from near zero to theoretically infinite. It also incorporates a differential transmission mechanism based on a planetary gear system that enables dual-motor load sharing. A cascade PI controller is further developed on the basis of the differential configuration, in which the position-loop term jointly regulates stiffness and deflection angle, effectively suppressing stiffness fluctuations and output disturbances. The performance of prototype was experimentally validated through stiffness calibration, stiffness regulation, torque control, decoupled characteristics, and dual-motor load sharing, indicating the potential for rehabilitation exoskeletons and other pHRI systems.
- Abstract（参考訳）: ストロークにより引き起こされる運動障害はしばしば上肢機能の著しく低下し、安全で透明な物理的人間-ロボット相互作用(pHRI)を可能にするリハビリテーションロボットに強い需要をもたらす。
可変剛性アクチュエータはそのような用途に適している。
しかし、既存のほとんどの設計では、剛性は偏向角と結合し、モデリングと制御の両方を複雑にする。
本報告では, この限界に対処するために, 分離剛性と出力挙動を特徴とする可変剛性アクチュエータを提案する。
このシステムは、可変長レバーと低シクロディダル直線機構を組み合わせる可変剛性機構を統合し、ほぼゼロから理論上無限に線形トルク-偏向関係と連続剛性変調を実現する。
また、デュアルモーターのロードシェアリングを可能にする惑星ギアシステムに基づく差動伝達機構も組み込まれている。
さらに、位置ループ項が剛性及び偏向角を協調的に規制し、剛性変動及び出力乱れを効果的に抑制する差動構成に基づいてカスケードPIコントローラを開発する。
試作機の性能は, 剛性校正, 剛性規制, トルク制御, 脱カップリング特性, デュアルモーター負荷共有により実験的に検証され, リハビリテーション用外骨格および他のpHRIシステムの可能性を示した。
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