Co-design optimization for lever-type variable stiffness actuation

Değişken esnekliğe sahip eyleme (DESE), hem fiziksel insan-robot etkileşimlerinin güvenliğini sağlama, hem de robotların kabiliyetini arttırma açılarından avantajlıdır. DESE'ler birkaç temel ilkeye göre uygulanabilir. Kaldıraç tipi DESE'ler, diğer yaklaşımlara kıyasla avantajlıdır, çünkü ideal koşullar altında sistemin esnekliğini değiştirmek için yaya karşı mekanik kuvvet uygulanması gerekli değildir. Bu çalışmada, kaldıraç tipi DESE'lerde en iyi performansı elde etmek için, mekanik ve kontrol tasarım değişkenlerinin aynı anda ele alındığı, sistem seviyesinde eş-tasarım eniyilemesini ele alıyoruz. Eş-tasarım eniyilemesinin, alt sistem eniyilemesine kıyasla önemli performans avantajları sağladığını gösteriyoruz. DESE eniyileme problemlerinin, doğası gereği birden fazla kriteri dikkate aldığını göz önünde bulundurarak, çok kriterli optimizasyon problemini modelliyoruz ve baskın olan sistem seviyesindeki tüm en iyi çözümleri bir Pareto eğrisi olarak hesaplıyoruz. Pareto eğrisinden örnek tasarım seçimleri sunuyor ve çeşitli çözümlerin avantajlarını ve dezavantajlarını tartışıyoruz. Bunların yanı sıra, iki farklı tek eyleyicili çözüm sunuyoruz: seri elastik eyleyici çözümü ve sadece esneklik modülasyonuyla görevi yerine getiren özgün bir sabit tork çözümü. Güncellenmiş bir eniyileme formülasyonu sayesinde, sabit tork çözümü için gerekli tork seviyesinin, DESE'nin görev sırasındaki esnekliğini azaltmak kaydı ile, azaltılabileceğini gösteriyoruz. Son olarak, aynı görev ve eniyileme ölçütleri için, kaldıraç tipi DESE mekanizmalarının Pareto çözümlerini tek yayın öngerilmesi tabanlı DESE mekanizmalarının Pareto çözümleri ile karşılaştırıyoruz. Bu karşılaştırma sayesinde, kaldıraç temelli seri tip ve tek bir yayın öngerilmesi tabanlı DESE'lerin birbirlerine üstünlük sağlayabildiği farklı tasarım seçenekleri olduğuna dair kanıtlar sunuyoruz.