AC-Driven Series Elastic Electrohydraulic Actuator for Stable and Smooth Displacement Output

要約

HASEL アクチュエータとして知られるソフト電気油圧アクチュエータは、その優れた動的性能と高出力により、幅広い研究の関心を集めています。
しかし、電気油圧アクチュエータの変位は通常、一定の DC 電圧下では時間の経過とともに減少するため、将来の応用が妨げられます。
DC電圧下での変位の減少を説明するだけでなく,AC方形波電圧下での振動を伴う比較的安定した変位を予測するために,数学的モデルを最初に確立した。
実際の変位がモデルで観察された傾向を裏付けるため、数学的モデルが検証されました。
AC電圧によってもたらされる変位振動を滑らかにするために、SE-HASELアクチュエータを形成するために直列弾性コンポーネントが組み込まれています。
SE-HASEL アクチュエータは、比例積分アルゴリズムによるフィードバック制御により、頑固な変位ヒステリシスを排除します。
その結果、SE-HASEL アクチュエータは、我々の手法により、安定かつ滑らかな変位を与えることができると同時に、外部からの衝撃外乱を吸収できることが分かりました。
SE-HASEL アクチュエータに基づくロータリー ジョイントは、幅広いロボット用途に共通の回転運動を生成する可能性を反映して開発されました。
さらに重要なことは、この論文は、MRI ガイド外科手術に利用できる高精度の針生検ロボットも提案していることです。
全体として、安定した滑らかな変位出力を発揮できるAC駆動のシリーズ弾性電動油圧アクチュエータを実現しました。

要約(オリジナル)

Soft electrohydraulic actuators known as HASEL actuators have attracted widespread research interest due to their outstanding dynamic performance and high output power. However, the displacement of electrohydraulic actuators usually declines with time under constant DC voltage, which hampers its prospective application. A mathematical model is firstly established to not only explain the decrease in displacement under DC voltage but also predict the relatively stable displacement with oscillation under AC square wave voltage. The mathematical model is validated since the actual displacement confirms the trend observed by our model. To smooth the displacement oscillation introduced by AC voltage, a serial elastic component is incorporated to form a SE-HASEL actuator. A feedback control with a proportion-integration algorithm enables the SE-HASEL actuator to eliminate the obstinate displacement hysteresis. Our results revealed that, through our methodology, the SE-HASEL actuator can give stable and smooth displacement and is capable of absorbing external impact disturbance simultaneously. A rotary joint based on the SE-HASEL actuator is developed to reflect its possibility to generate a common rotary motion for wide robotic applications. More importantly, this paper also proposes a highly accurate needle biopsy robot that can be utilized in MRI-guide surgical procedures. Overall, we have achieved AC-driven series elastic electrohydraulic actuators that can exhibit stable and smooth displacement output.

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