SPEAR: Series-Parallel Elastic Actuators for Robotics (EU453)

Actuators zijn essentiële componenten voor het verplaatsen en besturen van een mechanisme of systeem. Het koppel en de efficiëntie van de huidige state-of-the-art actuatoren zijn echter onvoldoende en veel lager dan bij mensen. Er zijn verschillende toepassingen (waaronder prothesen, exoskeletten en looprobots) waarbij het niet beschikbaar zijn van geschikte actuatoren de ontwikkeling van goed presterende machines belemmert met mogelijkheden die vergelijkbaar zijn met die van een mens. Opmerkelijk, de vermogensdichtheid en efficiëntie van elektromotoren zijn hoger dan die van een menselijke spier, dus de problemen van onvoldoende koppel en efficiëntie liggen in de transmissie van het vermogen en dat de motoren niet op hun hoogste efficiëntie worden gebruikt. De eerste innovatie van SPEAR is het oplossen van de koppel- en efficiëntieproblemen, door diepgaand onderzoek te doen naar een nieuw actuatieparadigma, dat ik serie-parallelle elastische actuatie (SPEA) noem en dat verder gaat dan variabele impedantie-actoren. Dit nieuwe actuatieparadigma is geïnspireerd op de serie-parallelle organisatie van de spiervezels. Modulariteit in actuatie wordt momenteel geïntroduceerd door in alle verbindingen dezelfde motor te plaatsen, wat leidt tot over- of onderbediende verbindingen. In ons lichaam echter zijn alle skeletspieren gebouwd met dezelfde basisbedieningseenheid: een spiervezel. Modulariteit in activering in een biologisch systeem is niet op spierniveau, maar op een subniveau: de spiervezel. SPEAR introduceert een tweede belangrijke innovatie: de SPEA introduceert een basisbedieningseenheid, een "transistor voor aandrijving". Zo'n SPEA-element is een ontbrekende schakel in de robotica en zal innoveren op de manier waarop robots worden ontworpen en gebouwd. Het project bestudeert het theoretisch kader, de ontwerpprincipes, de besturingsalgoritmen en de validatie van demonstrateurs. SPEAR beantwoordt alle onderzoeksuitdagingen volledig en exploreert de grenzen van dit nieuwe actuatieparadigma, wat leidt tot een enorme impact op alle ontwikkelde, in werking gestelde systemen, vooral in de robotica.

Trefwoorden:mechanica

Disciplines:Robotica en automatische controle