Robust Optimal Design of Energy Efficient Series Elastic Actuators: Application to a Powered Prosthetic Ankle
The University of Texas at Dallas（得克萨斯大学达拉斯分校）
在不确定的操作条件下安全有效地操作的机器人系统的设计，例如康复和物理辅助机器人，仍然是该领域的一个重要挑战。目前用于设计节能串联弹性致动器的方法使用通常假设已知操作条件的优化公式。这种方法可能导致致动器不能在不确定的环境中执行，因为当操作偏离其标称条件时，伸长、速度或扭矩要求可能超出致动器规格。针对这一差距，我们提出了一个凸优化公式来设计系列弹性致动器的刚度，以尽量减少能源消耗，满足致动器的约束，尽管由于制造的弹簧，未建模的动态，传输效率的不确定性，以及运动学和动力学的负载。在我们的配方中，我们表示为一个标量凸二次函数的遵守能源消耗。在无约束的情况下，这个二次方程提供了一个分析解决方案的最佳值的刚度，最大限度地减少能源消耗的任意周期性的参考轨迹。作为致动器约束，我们考虑峰值电机转矩，峰值电机速度，由于直流电机的速度-转矩关系的限制，和弹簧的峰值伸长率。作为一个模拟案例研究，我们将我们的配方的一系列弹性驱动器的动力假肢踝关节的鲁棒设计。我们的仿真结果表明，一个小的能源效率和鲁棒性之间的权衡是合理的设计致动器，可以与不确定性。
2019-02-06 cs.RO
Development of a Low-Cost Prosthetic Hand Using Electromyography and Machine Learning
University of Khartoum（喀土穆大学）；The University of Electro-Communications（电气通信大学）
本文开发了一种面向发展中国家的低成本肌电假肢手，通过三块肌肉的EMG信号和浅层神经网络实现五种手势分类，并集成手腕旋转与触觉反馈，时域分类准确率达97.25%。
2026-10-12 cs.HC cs.RO
Task-space Synergies for Reaching using Upper-limb Prostheses
The University of Melbourne（墨尔本大学）
协同假肢使人的假肢的协调运动，如日常生活活动所需。这是通过将假肢的运动耦合到人类命令来实现的，例如基于运动的界面中的残肢运动。以前的研究表明，在关节空间中开发人类-假肢协同作用必须考虑个人运动行为和要执行的预期任务，需要个性化和任务校准。在这项工作中，提出了一种替代的基于协同的策略，利用任务空间中表示的协同关系。这种任务空间的协同作用有可能取代个性化和任务校准的需要与基于模型的方法，需要的知识，个人用户的手臂运动，预期的手运动在任务和自愿的信息，从假肢用户。所提出的方法进行了比较，表面肌电图为基础的关节空间协同为基础的假肢接口的运动行为和任务性能的研究，身体健全的受试者使用VR为基础的transshumeral假体。实验结果表明，对于一组向前延伸的任务，所提出的任务空间协同实现了可比的性能，关节空间协同，而不需要依赖于耗时的校准过程或人类运动学习。案例研究结果与截肢者的主题激励所提出的任务空间协同方法的进一步发展。
2020-11-03 cs.RO
Characterization and Thermal Management of a DC Motor-Driven Resonant Actuator for Miniature Mobile Robots with Oscillating Limbs
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）
在本文中，我们的性能特点和开发热管理解决方案的直流电机驱动的谐振驱动器扑翼微型飞行器。作动器是一个与扭簧并联的直流微型齿轮电机，驱动机翼往复运动。与单独的齿轮电机相比，这种设计分别将扭矩和功率密度提高了161.1%和666.8%，同时将汲取电流降低了25.8%。与非线性空气动力学载荷隔离的致动器的表征导致与其他致动器直接可比的标准度量。由于热效应，出于低重量考虑而选择的微电机在有限的持续时间内以高功率运行。为了预测系统性能，开发了集总参数热路模型。该微电机的关键模型参数，两个数量级小于以前的特点，实验确定。这包括可变绕组电阻、衬套摩擦、速度依赖性强制对流和增加阻尼器的影响。然后，该模型被用来确定一个安全的操作包线的车辆，并设计一个重量最佳的发动机。这种致动器设计和热建模方法可以更普遍地应用于提高任何微型移动机器人或具有电机驱动的振荡肢体或负载的设备的性能。
2020-01-24 cs.RO cs.SY eess.SP
Bilaterally Mirrored Movements Improve the Accuracy and Precision of Training Data for Supervised Learning of Neural or Myoelectric Prosthetic Control
University of Utah（犹他大学）；Johns Hopkins Applied Physics Lab（约翰斯·霍普金斯应用物理实验室）；Ultrahaptics（Ultrahaptics（优触科技））
对假肢的直观控制依赖于训练算法来将生物记录与运动意图相关联。训练数据集的质量对运行时性能至关重要，但在手部截肢后很难准确标记手部运动学。我们量化了两种不同方法标记手部运动学的准确性和精确度：1）假设参与者完美模仿假肢的预定运动（模仿训练），以及2）假设参与者在相同的双侧运动期间完美镜像他们的对侧手（镜像训练）。我们在非截肢者中比较了这些方法，使用红外摄像机实时跟踪手部的八个不同关节角度。汇总数据显示，模仿训练不占生物力学耦合或手部姿势的时间变化。镜像训练在标记手部运动学方面显着更准确和精确。然而，当训练改进的卡尔曼滤波器来估计运动意图时，模仿和镜像训练方法没有显著差异。结果表明，镜像训练方法创建了一个更忠实但更复杂的数据集。先进的算法，更能够学习复杂的镜像训练数据集，可以产生更好的运行时假肢控制。
2020-01-23 cs.RO q-bio.NC
New Intelligent Transmission Concept for Hybrid Mobile Robot Speed Control
本文提出了一种利用二自由度齿轮传动实现移动机器人速度控制的新概念。所开发的智能速度控制器利用齿轮箱，其中包括周转齿轮训练与两个输入，一个耦合到发动机轴和另一个变速直流电动机的轴。净输出速度是两个输入速度的组合，并且由行星齿轮训练的传动比控制。这种新方法消除了变矩器的使用，而变矩器是所有可用的自动变速器的不可或缺的部分，从而减少了液力偶合器过程中在箱体中发生的功率损失。通过逐渐改变直流电动机的速度，实现了无级变速。所开发的控制器的其他优点是靠边停车和倒车，通过智能混合直流电动机和发动机的速度来实现。这种方法在整车设计中消除了传统的制动系统。使用两个动力源，内燃机和电池驱动的直流电动机，利用混合动力汽车的现代理念。新的移动机器人速度控制器即使在内燃机故障的极端情况下也能够驱动车辆，例如，由于气体耗尽。
2006-01-14 cs.RO
Examining the physical and psychological effects of combining multimodal feedback with continuous control in prosthetic hands
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University College London（伦敦大学学院）
提出闭环连续肌电假肢手控制器，结合触觉臂带提供本体感觉反馈，实验证明其实现精确定位与力调节，恢复蒙眼识别能力，并显著提升感知感觉，为假肢开发与康复提供依据。
2024-09-23 cs.RO
Comparison between External and Internal Single Stage Planetary gearbox actuators for legged robots
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院罗尔基分校）；National Institute of Technology Tiruchirappalli（Tiruchirappalli国家理工学院）
本文提出一种基于性能要求和电机规格的最优执行器参数设计框架，系统比较内部与外部单级行星齿轮箱架构，发现ISSPG在低齿轮比下更轻，高齿轮比下ESSPG更优，并通过制造验证了模型准确性。
2025-06-19 cs.RO
Feature Matching-Based Gait Phase Prediction for Obstacle Crossing Control of Powered Transfemoral Prosthesis
Key Laboratory of Biomimetic Robotics and Intelligent Systems, Southern University of Science and Technology, Shenzhen（仿生机器人与智能系统重点实验室，南方科技大学，深圳）
针对动力型经股假肢截肢者越障难题，提出基于健侧惯性传感器、遗传算法优化神经网络及步态预测的越障控制方法，可抗噪声并高精度预测步态相位与关节角度，具备实用价值。
2025-10-28 cs.RO cs.SY eess.SY
A Second Torque Port for Series Elastic Actuators: Parallel-Integrated Design and Time-Scale Torque Allocation
Beihang University（北京航空航天大学）
针对串联弹性执行器单一扭矩端口在高频和低幅下的性能局限，本文提出并行集成式SEA（Pi-SEA），通过时间尺度分配扭矩，拓宽跟踪带宽并降低残余误差一个数量级。
2026-09-28 cs.RO cs.SY eess.SY
MindArm: Mechanized Intelligent Non-Invasive Neuro-Driven Prosthetic Arm System
New York University (NYU) Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
针对现有假肢技术昂贵或高风险的问题，提出低成本非侵入式脑电驱动的假肢系统MindArm，利用深度神经网络将脑信号转为动作，实验准确率达84%-91%，成本约500-550美元。
2024-10-19 cs.AI cs.HC cs.RO
BRAVE: Brain-Controlled Prosthetic Arm with Voice Integration and Embodied Learning for Enhanced Mobility
eBRAIN Lab, Division of Engineering（eBRAIN实验室，工程系）；New York University (NYU) Abu Dhabi（纽约大学阿布扎克分校）
BRAVE通过结合EEG和语音控制，利用集成学习和具身学习提升假肢运动控制的实时性和鲁棒性。
2025-05-23 cs.AI cs.HC cs.RO
A Modular Transradial Bypass Socket for Surface Myoelectric Prosthetic Control in Non-Amputees
University of Utah（犹他大学）；Department of Neurosurgery, University of Utah（犹他大学神经外科）
旁路插座允许研究人员从假肢使用者的角度对假肢系统进行测试。我们设计了一种模块化上肢旁路插座，其中包含3D打印组件，可以轻松修改以用于各种终端设备。我们的旁路插座保留了前臂肌肉组织和手，这是必要的表面肌电图和提供替代的感觉反馈。我们的旁路插座允许足够的运动范围，以完成任务，在额叶工作区，作为衡量非截肢参与者。我们检查了非截肢者参与者使用旁路插座的原始和修改后的盒子和块测试的性能。参与者在原始和修改后的Box和Block检验中分别移动了11.3 +/- 2.7和11.7 +/- 2.4个块（平均值+/- SD），在使用截肢者的报告分数范围内。佩戴旁路插座的用户的活动范围满足或超过大多数报告的日常生活活动的活动范围要求。旁路插座最初设计为具有自由旋转的手腕;我们发现，在佩戴旁路插座时向用户手腕旋转添加弹性阻力对电机解码性能没有显著影响。我们已经开放了旁路插座的设计文件和装配手册。我们预期，旁路插座将是一个有用的工具，以评估和发展传感器肌电假肢技术。
2019-09-26 cs.RO q-bio.NC
Inexpensive surface electromyography sleeve with consistent electrode placement enables dexterous and stable prosthetic control through deep learning
University of Utah（犹他大学）
传统肌电假肢的灵活性部分地受到用于训练控制算法的小数据集的限制。表面电极定位的变化使得难以收集一致的数据并随着时间可靠地估计运动意图。为了应对这些挑战，我们开发了一种廉价，易于穿戴的套管，可以从32个嵌入式单极电极记录稳健和可重复的表面肌电。嵌入的金属片用于使套筒与自然皮肤标记一致地对准（例如，痣、雀斑、疤痕）。套筒可以在几个小时内制造，价格不到60美元。来自七名完整参与者的数据显示，套筒提供了14的信噪比，11秒以下的安装时间，以及亚厘米的电极放置精度。此外，在一个完整的参与者的案例研究中，我们使用套筒来证明神经网络可以提供六个自由度的同时和比例控制，即使在初始算法训练后263天。我们还强调，随着时间的推移积累的一致记录可以建立一个大型数据集，显着提高灵活性。这些结果表明，使用74层神经网络的深度学习可以大大提高肌电假肢控制的灵活性和稳定性，并且深度学习技术可以很容易地通过具有一致记录位置的廉价套筒/插座进行实例化和进一步验证。
2020-02-28 cs.CV cs.RO q-bio.NC
A Co-Design Framework for High-Performance Jumping of a Five-Bar Monoped with Actuator Optimization
Indian Institute of Science (IISc)（印度科学研究所）；Department of Cyber-Physical Systems (CPS), Indian Institute of Science (IISc)（印度科学研究所网络物理系统系）
本文提出一种五连杆单足跳跃机器人协同设计框架，通过优化机械结构、电机和减速器参数及控制参数，提升跳跃距离并降低能耗。
2026-07-07 cs.RO
Design, Characterization, and Validation of a Variable Stiffness Prosthetic Elbow
Soft Robotics for Human Cooperation and Rehabilitation, Istituto Italiano di Tecnologia（人机协作与康复软机器人，意大利技术研究院）
本文提出了一种可变刚度假肢肘关节的设计，通过优化布局和结构减轻重量并提高性能，实现了更自然的交互和任务适应性。
2024-12-05 cs.RO
Extending the Law of Intersegmental Coordination: Implications for Powered Prosthetic Controls
Faculty of Mechanical Engineering, Technion – Israel Institute of Technology（机械工程系，技术学院–以色列理工学院）
针对下肢截肢者步行代谢成本问题，提出基于节段间协调定律的假肢控制框架，通过分析三维运动学数据扩展出力矩协调定律，并开发了开源工具包。
2026-06-12 cs.RO
A practical optimal control approach for two-speed actuators
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文讨论了具有连续输入变量（电机转矩）和离散输入变量（模式选择）的执行器的闭环控制。在许多应用中，机器人必须在缓慢移动的同时承受大载荷，并且还必须在几乎没有载荷的情况下在空气中快速移动，这导致对它们的致动器的相互冲突的要求。具有多个传动比的致动器，如在动力传动系中，可以通过允许在宽范围的输出速度上有效地使用功率来解决这个问题。然而，具有离散的操作模式增加了高级控制和规划的复杂性。在这里，一个控制器的双速执行器，自动选择最佳的齿轮比和电机转矩的开发。办法是：首先推导出一个低维模型，然后使用动态规划找到所有可能情况下的最佳行动，最后使用回归分析提取简化的全局反馈律。这种方法产生简单实用的近似最优反馈律。针对一个双速执行器原型，设计了一个全局最小化二次型代价函数的控制器，证明了该控制器的全局稳定性，并通过实验验证了其性能。
2022-05-30 cs.RO
Artificial Intelligence Enables Real-Time and Intuitive Control of Prostheses via Nerve Interface
University of Minnesota（明尼苏达大学）；University of Texas Southwestern Medical Center（德克萨斯大学西南医学中心）；Nerves Incorporated（Nerves公司）；Fasikl Incorporated（Fasikl公司）
目的：下一代假肢手的移动和感觉就像一个真正的手需要一个强大的神经连接之间的人类思想和机器。研究方法：在这里，我们提出了一个神经假体系统来证明这一原则，采用人工智能（AI）代理翻译截肢者的运动意图通过外周神经接口。人工智能智能体基于递归神经网络（RNN）设计，能够实时的【形】从多通道神经数据中同时解码六个自由度（DOF）。解码器的性能的特点是在运动解码实验与三个人类截肢。结果如下：首先，我们展示了人工智能智能体使截肢者能够直观地控制假肢手，其手指和手腕的运动准确率高达97-98%。其次，我们通过测量手势匹配任务中的反应时间和信息吞吐量来展示人工智能智能体的实时的【形】性能。第三，我们研究了人工智能智能体的长期使用，并显示了解码器在16个月的植入时间内的鲁棒预测性能。结论及意义：我们的研究展示了人工智能神经技术的潜力，它是下一代灵巧直观的假手的基础。
2022-03-16 cs.AI cs.HC cs.LG
Towards Human-Robot Collaboration with Parallel Robots by Kinetostatic Analysis, Impedance Control and Contact Detection
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
针对并联机器人腿链意外接触风险，本文结合运动静力学建模、广义动量扰动观测与笛卡尔阻抗控制，实现全结构低力接触的快速检测和安全反应。
2023-08-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Design, Implementation and Evaluation of a Variable Stiffness Transradial Hand Prosthesis
Sabancı University（萨班哲大学）
我们提出了一种低成本，可定制的，易于使用的经桡动脉手假体的设计，实施和实验评估，能够适应其遵守。假体的可变刚度致动（VSA）是基于对抗性布置的肌腱，肌腱耦合到通过基于鲍登电缆的动力传输驱动的非线性弹簧。基于鲍登电缆的对抗性VSA不仅可以调节假手的刚度和位置，而且还可以通过将电机、电池和控制器随机放置在人体上的任何方便位置上来实现轻质和低成本的设计，同时非线性弹簧方便地集成在前臂内。经桡动脉手假体还具有肌腱驱动的欠驱动顺应性手指，其允许手形状的自然适应以缠绕各种各样的物体几何形状，同时其驱动肌腱的刚度的调制使假体能够以高灵活性执行各种任务。假体的柔性指状物增加了固有的坚固性和灵活性，即使在冲击下。变刚度经桡动脉假手的控制是通过基于表面肌电信号的自然人机界面来实现的。
2019-10-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Maximize the Foot Clearance for a Hopping Robotic Leg Considering Motor Saturation
Shenzhen Institute of Artificial Intelligence and Robotics for Society (AIRS)（深圳人工智能与社会机器人研究院（AIRS））；Institute of Robotics and Intelligent Manufacturing (IRIM), The Chinese University of Hong Kong (CUHK)（香港中文大学（CUHK）机器人与智能制造研究院（IRIM））；Beijing Institute of General Artificial Intelligence (BIGAI)（北京通用人工智能研究院（BIGAI））；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
跳跃腿，无论是在有腿动物或人类，通常表现得像一个弹簧在周期性的跳跃。像弹簧一样跳跃是有效的，并且不需要复杂的控制算法。位置和力控制是实现这种类似弹簧的行为的两种主要方法。位置控制通常消耗转矩资源来保证位置精度和补偿跟踪误差。相比之下，力控制策略能够保持高弹性。目前，位置控制和力控制都导致电机饱和比和控制系统带宽的降低，从而衰减了致动器的性能。为了提高系统的性能，本文提出了一种基于力控制的电机饱和策略，以最大化驱动器的输出转矩，实现具有自然动力学特性的连续跳跃运动。所提出的策略能够最大化电机的饱和比，从而最大化单腿的足部间隙。双质量模型的动力学被用来增加力带宽和致动器的性能。设计了具有两个自由度的单腿机构作为实验平台。该执行器由一个强大的电动机，谐波齿轮和编码器。通过仿真和实验验证了该方法的有效性，使用强大的高减速比驱动器驱动的机器人腿。
2021-07-30 cs.RO
MSK-Bench: Benchmarking Full-Body Musculoskeletal Motor Control Across Tasks, Control Paradigms, and Physiological Metrics
Institute for AI Industry Research (AIR), Tsinghua University（清华大学人工智能产业研究院）；The University of Hong Kong (HKU)（香港大学）；Institute for Interdisciplinary Information Sciences (IIIS), Tsinghua University（清华大学交叉信息研究院）；School of Aerospace Engineering, Tsinghua University（清华大学航天航空学院）；Peking University (PKU)（北京大学）
MSK-Bench提出包含22个全身肌肉骨骼运动任务的基准，评估5种控制范式，并联合考量任务成功、鲁棒性与生理指标，为肌肉驱动人形机器人控制提供标准化测试平台。
2026-09-24 cs.RO
Motor Imagery Teleoperation of a Mobile Robot Using a Low-Cost Brain-Computer Interface for Multi-Day Validation
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本研究提出带滑动窗口的微调DNN方法，搭配低成本EEG设备实现移动机器人的运动想象遥操作，减少70%训练数据，多日验证下仍保持较高准确率，提升了BCI技术的实用性与可及性。
2024-12-12 cs.RO
BLUE: A 3D Dynamic Bipedal Robot
Universidad de San Buenaventura（圣布埃纳文图拉大学）
本研究的目的是设计一个在三维环境中具有移动性的机电一体化双足机器人。设计的机器人共有6个驱动自由度（DoF），每条腿有两个位于臀部的DoF：一个用于外展/内收，另一个用于大腿屈曲/伸展，第三个DoF位于膝盖处用于胫骨屈曲/伸展。该机器人设计了点足腿，以实现动态欠驱动行走。机器人中的每个执行机构包括直流齿轮电机、用于位置测量的编码器、用于形成串联柔性执行机构的柔性关节以及用于确保轨迹跟踪的反馈控制器。为了减小机器人的总质量，采用拓扑优化方法对机器人小腿进行了设计。由此产生的设计是使用3D打印部件制造的，这允许获得机器人的原型来验证致动器的选择。初步的实验证实了机器人的能力，以保持一个站立的位置，让我们得出未来的工作，在动态控制和轨迹生成周期性稳定行走。
2021-11-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Design and Control of an Actively Morphing Quadrotor with Vertically Foldable Arms
School of Automation and Intelligent Sensing, Shanghai Jiao Tong University and State Key Laboratory of Avionics Integration and Aviation System-of-Systems Synthesis（自动化与智能感知学院，上海交通大学；航空集成与航空系统-系统综合国家重点实验室）
提出一种可垂直折叠臂的四旋翼，通过主动变形实现抓取与穿越窄空间，采用自适应滑模控制抑制扰动，实验验证其性能与多功能性。
2025-08-04 cs.RO
Design and Control of a Compact Series Elastic Actuator Module for Robots in MRI Scanners
Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley（电气工程与计算机科学系，加州大学伯克利分校）；Department of Mechanical, Aerospace, and Industrial Engineering, The University of Texas at San Antonio（机械、航空航天与工业工程系，德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley（机械工程系，加州大学伯克利分校）
本文提出了一种适用于MRI扫描仪的紧凑型串联弹性执行器模块，采用速度源超声电机和扰动观测器控制器，实现了在MRI环境下的高精度扭矩控制。
2026-02-28 cs.RO
Design and Actuator Optimization of Lightweight and Compliant Knee Exoskeleton for Mobility Assistance of Children with Crouch Gait
The City University of New York, City College（纽约市立大学城市学院）
小儿外骨骼提供了很大的希望，以增加流动性的儿童与蹲步态引起的脑瘫。重量轻、顺应性和用户特定的致动器对于使外骨骼对用户的益处最大化至关重要。迄今为止，儿科外骨骼通常使用与成人外骨骼相同的致动器，其较重且抵抗自然运动。机器人外骨骼还没有简单的方法来适应随着儿童年龄的增长而发生的设计要求的变化。我们开发了一种重量轻（1.65 kg单侧质量）且具有22.6 Hz带宽的顺应性的小儿膝关节外骨骼，其可以使用高扭矩密度电机为具有蹲伏步态的儿童提供扭矩辅助。实验结果表明，机器人具有较低的机械阻抗（1.79 Nm的平均反向驱动扭矩）的无动力条件下和0.32 Nm的零扭矩跟踪控制。扭矩跟踪结果的均方根（RMS）误差小于0.73 Nm（相对于12 Nm扭矩为5.7%）。为了实现最佳的年龄特定性能，我们提出了第一个优化框架，该框架考虑了致动器系统的电机和传动，可以为3至18岁的儿童提供最佳设置。优化产生了最佳电机气隙半径，随着年龄从0.011到0.033米单调增加，最佳齿轮比从2.6到11.6（3-13岁）和11.6到10.2（13-18岁），导致致动器的最小质量。
2021-01-01 cs.RO
Evaluation of a 1-DOF Hand Exoskeleton for Neuromuscular Rehabilitation
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）
设计并组装了一种用于神经肌肉康复的低成本单自由度手外骨骼。它由一个装有伺服电机的底座、食指部分和拇指部分组成，通过三个齿轮连接。索引部分有一个三轴测力传感器和一个连接环，用于测量手指力。导纳控制方案的目的是提供直观的控制和积极的力放大，以协助用户的手指运动。为了评估不同控制参数对手指神经肌肉响应的影响，我们建立了一个集成的外骨骼-手部肌肉-骨骼模型，对控制回路进行虚拟仿真和优化。外骨骼由比例微分控制器控制，该比例微分控制器计算电机扭矩以遵循分度部分的期望关节角度，该期望关节角度从由手指力驱动的虚拟末端执行器质量的逆运动学获得。我们进行了参数模拟的外骨骼在行动中，由用户的关闭和打开手指运动，不同的比例增益，末端效应器的质量，和其他系数。我们比较了被动和主动两种模式下食指和戒指之间的相互作用力。性能最好的辅助控制器可以将力从大约1.45N（在被动模式下）减少到仅大约0.52N，减少超过64%。结果，屈肌和伸肌的肌肉激活显著减少。我们还注意到，导纳控制方案是通用的，并且还可以通过简单地增加虚拟端部效应质量来提供阻力（例如，用于力量训练）。
2019-07-17 cs.RO
Modeling and Control of a Novel Variable Stiffness Three DoFs Wrist
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
本研究提出一种三自由度变刚度驱动腕部设计，通过调节非线性弹性元件有效长度（仅需四个电机）实现刚度连续调整，完成硬件实现并验证其运动范围广、刚度可调三倍且姿态重构精度高，适用于假肢和人形机器人等领域。
2024-01-18 cs.RO
Sim4RAD: A MATLAB Toolkit for Design-Phase Sizing, Actuator Selection and URDF-Model Verification of Serial Robotic Arms
Tencent Robotics X Lab（腾讯Robotics X实验室）
Sim4RAD是MATLAB工具包，用于串联机械臂设计阶段的尺寸确定、执行器选型及URDF模型验证，通过四项分析完成相关任务，对比7自由度拟人臂布局得出关键结论。
2026-10-14 cs.RO
