Series Elastic Actuators

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この章を学ぶ前に必要な知識
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要約

概要

Series Elastic Actuators(SEA, 直列弾性アクチュエータ)はアクチュエータにバネを加え、従来の固定されたアクチュエータより耐衝撃性向上、エネルギー保存、安全性向上、精度高い力制御を可能にする構成のこと.衝撃の加わりやすいロボットの二足歩行や人間と衝突恐れのあるロボットアームなどに用いられることがある.
ー 効果 ー
  • SEAによって耐衝撃性向上、エネルギー保存、安全性向上、精度高い力制御を期待できる
  • 柔軟性があるため人間に危害を加えにくく、自身のアクチュエータを壊しにくい
  • バネはバックラッシュ、振動等のフィルタの役割を担う
ーポイントー
  • 力制御の精度があがるのは、バネが高周期な機構動作の動きをフィルタするため
  • 環境と接触する機械や人間が近くにいる環境など外部接触が多いロボットの腕や足に利用されることがある
  • 最大力出力はばねの限界による
  • バネ定数が正確にわかる場合は変位から出力を推定可能
  • 逆に力を受けても不動な帯域が増加する

解  説

Series Elastic Actuators(SEA, 直列弾性アクチュエータ)はアクチュエータにバネを加え、従来の固定されたアクチュエータより耐衝撃性向上、エネルギー保存、安全性向上、精度高い力制御を可能にする構成のこと. 衝撃の加わりやすいロボットの二足歩行や人間と衝突恐れのあるロボットアームなどに用いられることがある.
Series Elastic Actuators(SEA, 直列弾性アクチュエータ)とは
Series Elastic Actuatorsの概要図
上記概要図のように、モーターと荷重の間を固定化された要素で接続するのではなく、弾性を持つバネ等を直列に接続する. 他の要素より高いコンプライアンスを持つばねによってモーターと荷重の間で高周波が伝わるのを遮断する.これによってモーターの高周期なわずかな変位などが伝わることを防ぐ. 細かい振動やバックラッシュがばねによってフィルタされるためより高精度な力制御が可能となる. トレードオフとして力を受けても反応しない力の帯域が増えることにはなる. また、バネがエネルギーを蓄える(解放する)ことができるため、効率的な運動を実現することができる.一つ前の動作で貯めた力を次の動作で解放することができるため、動物が筋肉を使って行うような効率的な動作が可能となる.
Series Elastic Actuatorsの詳細
他SEAの例 (Series Elastic Actuators for legged robots より引用)
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