Robust Collision Detection for Robots with Variable Stiffness Actuation by Using MAD-CNN: Modularized-Attention-Dilated Convolutional Neural Network
Khalifa University Center for Autonomous and Robotic Systems, Khalifa University（哈利法大学自主与机器人系统中心，哈利法大学）；Advanced Research and Innovation Center, Khalifa University（哈利法大学高级研究与创新中心）
针对可变刚度驱动协作机器人缺乏适配的基于学习的碰撞检测方法的问题，提出融合双归纳偏置与注意力模块的MAD-CNN，仅用4分钟最高刚度数据训练，就在多刚度下实现低延迟全检测，灵敏度和鲁棒性超现有SOTA模型。
2024-01-30 cs.HC cs.RO
Barrier functions enable safety-conscious force-feedback control
MIT（麻省理工学院）；MIT-IBM Watson AI Lab（麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室）；IBM（国际商业机器公司）
为了成为人类的有效合作伙伴，机器人必须越来越适应与环境的接触。不幸的是，机器人很难区分“足够”和“太多”的力量：完成任务需要一些力量，但太多可能会损坏设备或伤害人类。传统的设计柔顺力反馈控制器的方法，如刚度控制，需要手动调整控制参数，使其难以建立安全，有效的机器人协作。在本文中，我们提出了一种新的但易于实现的力反馈控制器，使用控制障碍函数（CBFs），直接从用户的最大允许力和扭矩的规格来获得一个兼容的控制器。我们比较我们的方法，传统的刚度控制，以证明我们的控制架构的潜在优势，我们证明了我们的控制器上的一个例子人-机器人协作任务的有效性：合作操作的一个庞大的对象。
2022-09-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Passivity guaranteed stiffness control with multiple frequency band specifications for a cable-driven series elastic actuator
Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robotics, Nankai University（天津智能机器人重点实验室，南开大学）
本文针对电缆驱动串联弹性执行器的刚度控制问题，提出了一种基于H∞综合方法的改进方案，通过在特定频率带内满足被动性、执行器限制、扰动抑制和噪声抑制等约束条件，提升了刚度控制的精度和鲁棒性。
2019-03-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Safe Collision and Clamping Reaction for Parallel Robots During Human-Robot Collaboration
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
针对并联机器人在人机协作中的碰撞与夹挤风险，提出基于外力估计、阻抗回缩及双FNN识别夹挤链并张开结构的安全反应策略，实验表明可在130 ms内终止接触。
2023-08-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Generation of Conservative Dynamical Systems Based on Stiffness Encoding
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
该研究建立刚度与动力系统的定量关系，提出刚度编码框架生成保守动力系统，还提出基于保守刚度的向量场分解策略提升控制稳定性，经仿真与实验验证了方法有效性。
2024-11-02 cs.RO
Simultaneous Position-and-Stiffness Control of Underactuated Antagonistic Tendon-Driven Continuum Robots
Polytechnique Montreal（蒙特利尔理工学院）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ITAM（墨西哥自动技术学院）
针对拮抗式腱驱动欠驱动连续体机器人的位置与刚度同步控制难题，提出基于刚性连杆动力学模型、满足非负张力约束的无源性位置-刚度控制器，经实验验证了其有效性与精确性。
2024-09-16 cs.RO cs.SY eess.SY
Frequency Domain Analysis of Nonlinear Series Elastic Actuator via Describing Function
NSK Ltd.（恩斯克有限公司）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）；Hacettepe University（哈杰泰佩大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
针对非线性刚度串联弹性致动器难以在频域系统化设计的问题，本文引入描述函数方法建立频域分析框架，为辅助机器人的设计与控制提供理论工具。
2023-10-24 cs.RO
Design and Control of a Novel Variable Stiffness Series Elastic Actuator
University of Wollongong（伍伦贡大学）；University of Wollongong in Dubai（迪拜伍伦贡大学）
阐述了一种新型变刚度串联弹性作动器的设计与控制。它是通过采用模块化的机械设计方法，使我们能够有效地优化刚度调制特性和功率密度的致动器。所提出的VSSEA具有以下特点：i）不限制输出杆的工作范围; ii）宽的刚度调节范围（~ 20 Nm/rad ~ 1 KNm/rad）; iii）平衡和非平衡位置的低能耗刚度调节; iv）紧凑的设计和高扭矩密度（~ 36 Nm/kg）; v）高速刚度调节（~ 3000 Nm/rad/s）。这些功能可以帮助提高许多先进机器人系统的安全性和性能，例如，协作机器人与非结构化环境进行物理交互，外骨骼为人类用户提供物理帮助。这些特征还可以使我们能够利用可变刚度特性，仅通过采用常规控制器来实现各种调节和轨迹跟踪控制任务，从而消除了在顺应性致动中合成复杂运动控制系统的需要。为此，实验证明，建议VSSEA是能够精确地跟踪所需的位置和力控制参考，通过使用传统的比例积分微分（PID）控制器。
2023-01-03 cs.RO
Modeling, control, and stiffness regulation of layer jamming-based continuum robots
Department of Electrical Engineering, Polytechnique Montréal and GERAD（电气工程系，蒙特利尔理工学院及GERAD）；Robotics Institute, Faculty of Engineering and Information Technology, University of Technology Sydney（机器人研究所，工程与信息技术学院，技术学院悉尼大学）
针对层阻塞连续体机器人缺乏控制导向动力学模型的问题，提出端口-Hamilton建模与无源控制方法，实现刚度和构型的解耦稳定调节，并在OctRobot-I上验证。
2025-06-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Stiffness-based Analytic Centre Method for Cable-Driven Parallel Robots
Department of Management and Engineering (DTG), University of Padua（管理与工程系（DTG），帕多瓦大学）；Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica, Gestionale e dei Trasporti, Università degli Studi di Genova（机械工程、能源、管理和运输系，热那亚大学）；University of Padua（帕多瓦大学）；Università degli Studi di Genova（热那亚大学）
针对绳索驱动并联机器人的刚度调节与张力分配问题，提出一种基于解析中心法和障碍函数加权的刚度自适应方法，并通过仿真验证其有效性。
2025-05-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Active Stiffness Control of a Supportive Continuum Robot
本文针对腱驱动支撑型连续体机器人的闭链结构问题，提出主动任务空间刚度控制框架，经仿真和实验验证可提升抗负载能力与定位鲁棒性。
2026-08-05 cs.RO cs.SY eess.SY
Variable Stiffness Improves Safety and Performance in Soft Robotics
University of Wollongong（伍伦贡大学）；Lebanese American University（黎巴嫩美国大学）
本文提出了一种新的变刚度软夹持器，使高性能的抓取任务，在工业应用中。所提出的整体式软夹持器的设计包括中间波纹管和两侧波纹管（即，手指）。通过开关控制器调节中间波纹管致动器中的负压来调节手指的位置。通过使用比例气压调节器控制手指中的正压来调节软夹持器的刚度。实验结果表明，所提出的软夹持器可以在250ms内将其刚度调节125%。它还表明，可变刚度的软夹持器可以帮助提高安全性和性能的抓取任务在工业应用中。
2023-02-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Tendon-Driven Continuum Robot with Modular Stiffness and In-Situ Self Pose Estimation
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文提出一种自包含的模块化连续体机器人平台，结合可重构关节与磁传感器及模块化学习实现原位自位姿估计，无需外部跟踪，实验验证了其自感知与适应能力。
2026-09-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Adaptive Stiffness: A Biomimetic Robotic System with Tensegrity-Based Compliant Mechanism
Graduate Institute of Architecture（建筑研究所）；National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）
针对仿生机器人制造落地的技术挑战与机械复杂度问题，受脊椎动物肌肉骨骼特性启发，提出基于刚柔耦合与柔顺机构的张拉整体仿生机器人系统，可实现变刚度自适应运动，为这类机器人的实际应用奠定基础。
2024-07-06 cs.RO cs.SY eess.SY
JammingSnake: A follow-the-leader continuum robot with variable stiffness based on fiber jamming
School of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of New South Wales（机械与制造工程学院，新南威尔士大学）
本文提出一种基于纤维干扰的蛇形连续体机器人JammingSnake，通过动态变刚度实现跟随领导者运动，减少环境接触力，适用于微创手术和工业检查。
2025-06-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Simultaneous State Estimation and Online Model Learning in a Soft Robotic System
Department of Information Technology, Uppsala University（信息科技系，乌普萨拉大学）；Vascular Surgery, Hannover Medical School（血管外科，汉诺威医学院）
本文提出一种方法，利用灰盒系统识别工具，在线学习软机器人的弯曲刚度模型并准确估计其姿态。
2026-05-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Development of a Tendon Driven Variable Stiffness Continuum Robot with Layer Jamming
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究的目的是设计，制造和测试肌腱驱动的连续体软体机器人与三个模块化的部分，其中每一个具有可调刚度层干扰技术。与以往的研究相比，该项目的机械臂设计具有模块化结构，这意味着可以通过在现有机器人原型上添加额外的臂模块/段来调整机械臂的长度。此外，新的手臂原型支持三维空间内的运动。为实现这一目标，完成了具有柔性主体结构和层压机构的变刚度机械臂的设计与制造。连接器的设计和制造也已经完成，以将多个连杆模块集成到一个具有多个节段的机械臂中。位于臂的基部的致动器已经被设计和测试。最后，对变刚度机械臂的一段臂段进行了刚度试验，验证了变刚度机械臂的承载能力，并计算了层塞结构的刚度比，分析了变刚度机械臂相对于非加筋软体机器人的刚度改善情况。
2019-12-10 cs.RO
Delay-Compensated Stiffness Estimation for Robot-Mediated Dyadic Interaction
Robotics Research Centre, School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University（机器人研究中心，机械与航空航天工程学院，南洋理工大学）；Articares Pte. Ltd.（Articares私人有限公司）
本文提出一种延迟补偿的刚度估计方法，通过代数估计器和归一化加权最小二乘算法，提升远程双人交互中刚度估计的准确性。
2026-01-25 cs.HC cs.RO cs.SY
Evolutionary Co-Design of Morphology and Control of Soft Tensegrity Modular Robots with Programmable Stiffness
Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
张拉整体结构重量轻，可以承受大变形，并具有出色的鲁棒性。这些独特的属性激发了机器人专家研究它们的用途。然而，张拉整体机器人的形态设计、控制、装配和驱动仍然是困难的任务。此外，张拉整体机器人的刚度仍然是一个被低估的设计参数。在这篇文章中，我们建议使用易于组装，驱动张拉整体模块和身体-大脑协同进化设计软张拉整体模块化机器人。此外，我们证明了张拉整体机器人刚度的重要性，展示了如何根据模块刚度的演变表明不同的形态，控制和运动策略。
2021-01-28 cs.RO
SiMPLeR: A Series-Elastic Manipulator with Passive Variable Stiffness for Legged Robots
Saratoga High School（萨拉托加高中）；University of Michigan（密歇根大学）
我们提出了一种机械简单，成本低廉的设计，一系列的弹性致动器与可控刚度。这些特性对于动物的奔跑、跳跃、投掷和操纵是必要的，然而在机器人中，变刚度致动器要么很复杂，要么通过反馈控制器在低带宽下模仿。需要一个强大而简单的设计来建造可靠而廉价的具有动物能力的机器人。我们设计的关键是将扭转弹簧连接到正时皮带上，以创建可变刚度线性弹簧。在对抗对中，改变电机和关节之间的距离则改变致动器刚度。我们建立了一个原型，我们提出的致动器，显示的理论行为相匹配的实验表征，并展示了应用机器人单腿跳跃。
2021-06-20 cs.RO
A Novel Robotic Variable Stiffness Mechanism Based on Helically Wound Structured Electrostatic Layer Jamming
ShanghaiTech University（上海科技大学）；School of Information Science and Technology（信息科学与技术学院）；ShanghaiTech Automation and Robotics (STAR) Center（上海科技大学自动化与机器人中心）
本文提出了一种基于螺旋缠绕结构静电层阻尼的新型机器人变刚度机制，通过静电吸引力实现刚度调节，实验验证了其在机器人手指中的应用可行性。
2025-12-25 cs.RO
Assembly robots with optimized control stiffness through reinforcement learning
Saitama University（埼玉大学）；University of Tsukuba（筑波大学）；JST PRESTO（日本科学技术振兴机构先驱研究计划）
对机器人任务自动化的需求日益增加。接触丰富的任务，其中多个接触过渡发生在一系列的操作，正在被广泛研究，以实现高精度。在这项研究中，我们提出了一种方法，使用强化学习（RL），以实现高性能的机器人执行装配任务，需要精确的接触对象，而不会造成损害。该方法保证了刚度矩阵的在线生成，有助于提高局部轨迹优化的性能。由于轨迹规划的采样时间短，该方法具有响应速度快的优点。通过两个接触丰富的任务的实验验证了该方法的有效性。结果表明，该方法可以实现在各种接触丰富的操作。一个演示视频显示了性能。（https：//youtu.be/gxSCl7Tp4-0）
2020-02-27 cs.LG cs.RO cs.SY
Energy-efficient tunable-stiffness soft robots using second moment of area actuation
Southampton Marine and Maritime Institute, University of Southampton（南安普顿大学南安普顿海洋与海事研究所）；Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学生产技术研究所）
软体游泳机器人的最佳刚度取决于游泳速度，这意味着没有单一的刚度可以在所有游泳条件下最大化效率。可调刚度将为具有柔性推进器的机器人提供更大范围的高效游泳速度，并为操纵水下航行器提供柔软的控制表面。我们提出并演示了一种可调软机器人刚度的方法，使用充气橡胶管通过压力和面积变化的二阶矩来填充硅箔。对于从0到0.8 bar的输入压力变化和2 J的能量输入，我们实现了系统有效刚度的加倍。我们实现了5至7倍的输入振幅的谐振振幅增益和三倍的高增益频率范围相比，固定刚度的箔。这些结果表明，改变面积二阶矩是解决非刚性机器人的一种有效的节能方法。
2022-11-24 cs.RO
Anisotropic Stiffness and Programmable Actuation for Soft Robots Enabled by an Inflated Rotational Joint
Purdue University（普渡大学）
本文提出一种利用强制局部起皱实现确定弯曲平面的充气旋转关节，通过起皱与未起皱区域比例设计各向异性刚度，并验证其在软连续体机器人中实现复杂驱动及驱动力与负载能力解耦的潜力。
2024-10-16 cs.RO
Stiffness Change for Reconfiguration of Inflated Beam Robots
Stanford University（斯坦福大学）
本文提出利用可变刚度选择性激活柔顺连续体机器人的离散关节，使单个执行器可控制多个关节，从而解耦可控自由度与驱动自由度，并通过嵌入式正压层干扰在充气梁机器人中实现刚度变化与生长兼容。
2023-07-06 cs.RO
Stiffness Copilot: An Impedance Policy for Contact-Rich Teleoperation
本文提出Stiffness Copilot，一种基于视觉的共享控制策略，通过在线调整机器人刚度实现安全高效的接触丰富任务远程操作。
2026-08-05 cs.RO
Hybrid Soft Robots Incorporating Soft and Stiff Elements
DePaul University（德保罗大学）
软体机器人具有内在的顺应性，具有实现人类友好和安全机器人的强大潜力。尽管不断的研究强调了软体机器人的潜力，但它们仍然主要局限于实验室环境。在这项工作中，灵感来自蜘蛛猴的尾巴，我们提出了一个混合软体机器人（HSR）的设计。我们详细的设计目标和方法，以提高可控刚度范围，实现独立的刚度和形状控制。我们扩展曲线参数化的方法，我们实验证明，建议HSR有大约100%的刚度范围增加比以前的软体机器人设计具有相同的物理尺寸。此外，我们根据经验映射HSR的弯曲形状压力刚度，并提出了一个应用程序的例子-一个软机器人夹具-证明刚度和形状变化的解耦性质。实验结果表明，建议HSR可以成功地用于独立的刚度和形状控制的应用程序中，需要。
2022-02-14 cs.RO
Programmable Locking Cells (PLC) for Modular Robots with High Stiffness Tunability and Morphological Adaptability
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
本文提出可编程锁定单元（PLC），一种腱驱动模块化机制，通过机械互锁实现高达950%的刚度变化，并组装成可重构机器人，验证了变刚度夹持器和管道穿越机器人，实现自适应抓取与形状控制。
2025-09-09 cs.RO
Tunable Leg Stiffness in a Monopedal Hopper for Energy-Efficient Vertical Hopping Across Varying Ground Profiles
George Washington University（乔治华盛顿大学）；University of Connecticut（康涅狄格大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文提出HASTA单足跳跃机器人，通过实时调节腿部刚度适应不同地面刚度与阻尼，最大化跳跃高度以实现节能，实验与模拟验证了可调刚度的有效性。
2026-09-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Tensegrity-based Robot Leg Design with Variable Stiffness
Laboratory of Intelligent Systems, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（智能系统实验室，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL））
本文提出基于张拉整体的可变刚度机器人腿部设计，通过调节缆索张力控制关节旋转刚度，实验证明其能显著降低冲击力并在不同载荷下保持相似腿部屈曲，为更具弹性和适应性的有腿机器人提供新途径。
2025-04-28 cs.RO
Mechanical Characterization of Compliant Cellular Robots. Part I: Passive Stiffness
Yale University（耶鲁大学）
模块化主动单元机器人（MACRO）是模块化机器人硬件的设计范例，仅使用两个组件，即致动器和被动柔性关节。在MACRO方法下，连接大量的致动器和关节以创建网状细胞机器人结构，该结构可以被致动以实现大的变形和形状改变。在这篇由两部分组成的论文中，我们研究了MACRO框架内不同可能的网状拓扑结构的重要性。平面的规则和半规则平铺被用作候选网格拓扑，并使用有限元分析（FEA）进行模拟。在第1部分中，我们使用FEA来评估它们的被动刚度特性。使用应变能方法，均匀化的材料性能（杨氏模量，剪切模量，泊松比）不同的网格拓扑结构的计算和比较。结果表明，刚度随着节点连接度的增加而增加，拉伸主导的拓扑结构比弯曲主导的拓扑结构具有更高的刚度。我们还研究了相对致动器节点刚度对整体网格特性的作用。该分析表明，拉伸为主的拓扑结构的刚度直接与其横截面积成比例，而弯曲为主的拓扑结构则没有这种直接关系。
2022-03-11 cs.RO
Learning Compliant Stiffness by Impedance Control-Aware Task Segmentation and Multi-objective Bayesian Optimization with Priors
Panasonic Holdings Corporation（松下控股株式会社）；Ritsumeikan University（立命馆大学）
本文提出一种基于阻抗控制感知任务分割（IC-SLD）与带先验多目标贝叶斯优化的刚度学习方法，通过同时优化任务性能与顺应性目标，有效提升了工业机器人的安全性与优化效率。
2023-07-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Nonlinear stiffness allows passive dynamic hopping for one-legged robots with an upright trunk
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究髋关节偏离质心的单腿机器人跳跃模型，证明用非线性髋关节弹簧替代线性弹簧可首次实现被动极限环，为高能效躯干稳定控制提供新途径。
2024-01-16 cs.RO cs.SY eess.SY
Design of a Variable Stiffness Quasi-Direct Drive Cable-Actuated Tensegrity Robot
University of Michigan-Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
针对张拉整体机器人状态估计与载荷适配难题，本文设计模块化三杆机器人，利用QDD绳索执行器和低拉伸绳索实现高精度本体感知与实时变刚度，并通过实验验证其性能。
2024-09-09 cs.RO
Dynamically Reconfigurable Discrete Distributed Stiffness for Inflated Beam Robots
Stanford University（斯坦福大学）
充气连续体机器人是有前途的各种导航任务，但控制他们的运动与少量的执行器是具有挑战性的。这些膨胀梁机器人在压缩载荷下倾向于屈曲，在难以控制的屈曲点定位处产生极其紧密的局部曲率。在本文中，我们提出了一个充气梁机器人，使用分布刚度变化的部分，使正压层堵塞，以控制或防止屈曲。被动阀由在主充气梁机器人主体内行进的机电装置所携带的电磁体致动。阀门本身不需要外部连接或布线，允许分布式刚度控制扩展到长梁长度。多层卡紧元件同时加强，以实现整体加强，使机器人能够支撑更大的悬臂载荷和更长的无支撑长度。局部加强，通过离开某些层堵塞元件未加强，允许机器人产生“虚拟关节”，动态地改变机器人的运动学。实施这些硬化策略是兼容的增长，通过尖端外翻和肌腱转向，并使一些新的功能，为充气梁机器人和尖端外翻机器人。
2020-02-11 cs.RO
A Novel Bio-Inspired Fish Robot with Tunable Stiffness via Particle Jamming
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
提出一种通过颗粒堵塞快速调节刚度的仿生鱼机器人，实验表明刚度调节对游泳速度和能耗有显著影响，低频时软体最优，高频时硬体更优。
2026-06-23 cs.RO
3D Printable Gradient Lattice Design for Multi-Stiffness Robotic Fingers
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
本文提出由体素尺寸和单胞几何参数化的梯度晶格设计，以单次3D打印制造多刚度仿人手指及软体夹爪，并通过机械臂拾取放置任务验证有效性。
2025-01-11 cs.RO
A Novel Variable Stiffness Soft Robotic Gripper
DePaul University（德保罗大学）；University of Arkansas（阿肯色大学）；Clemson University（克莱姆森大学）
我们提出了一种新的三指软机器人手爪与解耦刚度和形状控制能力进行自适应抓持系统的复杂性最小。所提出的软手指自适应地符合对象形状，便于处理不同类型、形状和大小的对象。每个软夹持器手指有一个不可伸展的关节骨干，并由气动肌肉驱动。我们推导出的夹具的运动学模型，并使用经验的方法来映射输入压力的刚度和弯曲变形的手指。我们使用这些映射来实现解耦刚度和形状控制。我们进行测试，以量化的能力，以保持物体的夹具改变方向，保持抓取状态的能力，夹具移动，以及所需的力量，以释放物体从夹持的手指，分别。结果验证了所提出的夹持器的性能，并显示了如何刚度控制可以提高抓取质量。
2020-10-22 cs.RO
Optimizing energy consumption for legged robot by adapting equilibrium position and stiffness of a parallel torsion spring
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术学院）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文针对腿足机器人能耗优化问题，提出一种由扭转弹簧与伺服驱动蜗轮蜗杆组成的自适应扭转弹簧机构，通过调整弹簧平衡位置和刚度补偿扭矩、降低电机负载，仿真验证其可显著降低能耗。
2024-11-27 cs.RO
Anthropomimetic Soft Robotic Forearm with Independently Articulated Carpal Bones Enabling Human-Like Adaptive Stiffness Modulability
The University of Electro-Communications（电气通信大学）
本研究通过解剖精确的仿人前臂机器人，揭示腕骨形态对实现类人自适应刚度调节的关键作用，为类人机器人手腕设计提供原则。
2026-09-29 cs.RO
Autonomous Control of a Tendon-driven Robotic Limb with Elastic Elements Reveals that Added Elasticity can Enhance Learning
University of Southern California（南加利福尼亚大学）；Google Brain（谷歌大脑）
被动弹性元件可以有助于生物和机器人系统的稳定性、能量效率和冲击吸收。它们还增加了动态复杂性，这使得它们对建模和控制更具挑战性。这种增加的复杂性对自主学习的影响还没有得到彻底的探讨。这一点对于肌腱驱动的肢体尤其重要，因为它们的缆索和肌腱不可避免地是弹性的。在这里，我们探讨了在不同的肌腱刚度值的模拟生物合理的肌腱驱动腿的自主学习和控制的功效。我们证明，增加模拟肌肉的刚度可能需要更多的迭代来使逆映射收敛，但可以更准确地执行，特别是在离散任务中。此外，该系统对肌肉硬度的后续变化具有鲁棒性，并且可以在5次尝试内适应。最后，我们测试了该系统的功能任务的运动，并发现类似的肌肉刚度的学习和性能的影响。考虑到一系列刚度值可以改善学习和最大化性能，我们得出结论，机器人身体和自主控制器-至少对于肌腱驱动系统-可以共同开发，以利用弹性元件。重要的是，这也打开了发展努力的大门，概括了脊椎动物大脑和身体共同进化的有益方面。
2019-09-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Haptic Stiffness Perception Using Hand Exoskeletons in Tactile Robotic Telemanipulation
Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）；Humanoid AI（人形人工智能公司）；King’s College London（伦敦国王学院）
本文研究真实机器人遥操作中的刚度感知，提出由触觉指尖生成、并结合接触力与主从位移的手部外骨骼反馈，实验证明操作者可仅凭触觉区分不同刚度物体。
2024-12-03 cs.RO
Adaptive Control of Motor-Position-Controlled Flexible Joint Robots with Uncertain Joint Stiffness
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
针对实际中精确关节刚度模型难获取的问题，提出一种自适应控制方法用于电机位置控制的柔性关节机器人，通过更新不确定非线性扭矩 - 挠度关系估计，结合隐式控制律等考虑不确定关节刚度，实验验证了该方法的有效性。
2026-07-17 cs.RO
A Physically Consistent Stiffness Formulation for Contact-Rich Manipulation
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文针对接触丰富操作中关节空间刚度矩阵不对称问题，通过显式引入克里斯托费尔符号推导出物理一致的对称刚度公式，并通过实验验证其可确保能量守恒与交互稳定性。
2025-03-09 cs.RO
The Effect of Tail Stiffness on a Sprawling Quadruped Locomotion
University of Galway（高威大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
本研究通过在欠驱动匍匐式四足机器人上添加由单个伺服电机控制刚度的多节段缆绳驱动柔性尾巴，证明了可变刚度尾巴相比刚性尾巴或无尾巴能显著提升机器人在崎岖地形上的稳定性和攀爬能力。
2023-04-09 cs.RO
Repeated Robot-Assisted Unilateral Stiffness Perturbations Result in Significant Aftereffects Relevant to Post-Stroke Gait Rehabilitation
University of Delaware（特拉华大学）
本文提出了一种通过重复单侧刚性扰动的机器人辅助疗法，以改善中风后步态问题。
2022-03-01 cs.RO
A Dynamic Robotic Actuator with Variable Physical Stiffness and Damping
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
这项研究的一部分，旨在增加远程操作的现场机器人的动态任务的范围，以允许操作员使用全方位的人类运动，而不受机器人机械手的动态限制的研究。设计了一种新型的变阻抗执行器（VIA），能够通过遥操作再现从精确定位任务到高动态任务的运动。基于先前人类用户研究的设计要求是50 ms的刚度变化时间、20 rad/s的峰值输出速度和允许抑制不期望的振荡的可变阻尼。这是一个独特的功能组合，没有满足其他VIA。新设计有三个并联配置的电机：两个负责通过滑动支点杠杆机构改变VIA的中立位置和有效刚度，第三个用作可变阻尼器。建立了一个原型，并测量其性能与有效刚度变化时间为50至120 ms的小到大的刚度步骤，标称输出速度为16 rad/s和可变阻尼器的阻尼扭矩从0到3 Nm。其有效刚度范围为0.2至313 Nm/rad。由此得出结论，新的执行器特别适合于高动态任务。与此同时，新的执行器也非常通用，使其特别有趣的远程操作和人机协作。
2020-08-05 cs.HC cs.RO
EvoGymCM: Harnessing Continuous Material Stiffness for Soft Robot Co-Design
College of Control Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学控制科学与工程学院）；Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University（清华大学计算机科学与技术系）
本文提出EvoGymCM平台，通过将连续材料刚度作为第一类设计变量，解决传统平台对材料维度的离散化限制，提升软机器人性能与协同效应。
2026-04-09 cs.RO
Learning Based Adaptive Force Control of Robotic Manipulation Based on Real-Time Object Stiffness Detection
Wuhan Cobot Technology Co., Ltd.（武汉库柏特科技有限公司）；Wuhan University（武汉大学）
力控制对于医疗机器人在接触和接触患者身体时至关重要。为了提高力控制的稳定性和效率，可以使用自适应模块来针对不同的接触情况调整参数。我们提出了一种自适应控制器，它具有自适应模块，可以根据力反馈和实时的【形】刚度检测来产生控制参数。我们开发的方法学习的最佳政策的价值迭代和使用这些政策产生的数据训练自适应模块。我们在一个人的手臂的不同区域测试了这个控制器。实践中使用的所有参数都是从数据中学习的。实验结果表明，所提出的自适应控制器可以在手臂的不同区域施加不同的目标力，具有快速收敛和良好的稳定性。
2021-09-14 cs.RO
Robotic Fruits with Tunable Stiffness and Sensing: Towards a Methodology for Developing Realistic Physical Twins of Fruits
School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London（伦敦女王学院工程与材料科学学院）；Department of Robotics, Ritsumeikan University（立命馆大学机器人学系）
本文提出了一种可调刚度的机器人水果物理双胞胎，用于模拟不同成熟度水果的刚度特性，以提高机器人采摘的效率和可控性。
2026-02-20 cs.RO
Novel Supernumerary Robotic Limb based on Variable Stiffness Actuators for Hemiplegic Patients Assistance
Khalifa University（哈利法大学）
上肢运动控制和功能的丧失是中风后患者的持续症状。这将给他们完成日常生活活动带来困难。引入额外机器人肢体（SRL）作为通过引入独立的新肢体来恢复丢失的自由度（DoF）的解决方案。固体火箭发动机的作动系统可分为刚性作动器和柔性作动器。软致动器已被证明在本质安全性、成本和能效方面优于刚性致动器。然而，它们具有低刚度，这危及它们的准确性。可变刚度执行器（VSA）是新开发的技术，已被证明可以确保准确性和安全性。本文介绍了一种新型的基于变刚度驱动器的多余肢体机器人。根据我们的知识，所提出的概念验证SRL是第一个利用可变刚度致动器。开发的SRL将帮助中风后患者完成双手任务，例如，用刀叉吃饭。阐述了系统的建模、设计和实现。通过预定义的轨迹评估和验证了拟议的SRL的准确性。利用动量观测器进行碰撞检测，验证了安全性，并通过软组织损伤试验评价了几种碰撞后反应策略。通过标准的用户满意度调查表对援助过程进行质量核查。
2022-08-06 cs.RO
Volitional Control of the Paretic Hand Post-Stroke Increases Finger Stiffness and Resistance to Robot-Assisted Movement
Columbia University（哥伦比亚大学）；Columbia University Irving Medical Center（哥伦比亚大学欧文医学中心）
本研究针对脑卒中后偏瘫手自主用力易增大设备辅助难度的问题，通过对3名慢性患者的实验发现，上肢主动参与使手指刚度升高幅度远高于被动拉伸或持续用力，为相关辅助康复设备的设计提供了参考。
2024-06-21 cs.RO
VSL-Skin: Individually Addressable Phase-Change Voxel Skin for Variable-Stiffness and Virtual Joints Bridging Soft and Rigid Robots
School of Mechanical Engineering, Purdue University（机械工程学院，普渡大学）；Department of Agricultural and Biological Engineering, Purdue University（农业与生物工程系，普渡大学）；School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University（航空与航天学院，普渡大学）
VSL-Skin通过体素级相变控制实现可变刚度和虚拟关节，支持厘米级精度的结构变形与自修复，提升软体与刚性机器人自主重构能力。
2026-03-07 cs.RO
Design and optimal springs stiffness estimation of a Modular OmniCrawler in-pipe climbing Robot
IIIT-Hyderabad（海得拉巴国际信息技术研究所）
介绍了一种新型柔性小直径管道爬壁机器人的设计。该机器人由3个OmniCrawler模块的运动链组成，其中2个相邻模块之间通过柔性关节连接有一个连杆。虽然坦克般的履带机构提供了良好的牵引力低摩擦表面，其圆形横截面使其完整。完整运动有助于它在运动过程中沿一个方向重新对准以避开障碍物，并以最小的能量姿态克服转弯。此外，模块化使其能够通过T形接头而不会出现运动奇异。使用4个扭转弹簧实现柔性，该扭转弹簧结合在将3个模块与2个连杆连接的接头中。对于理想的管道直径（\text <$75mm），通过建立约束优化问题来获得弹簧的刚度值，该约束优化问题已经在ADAMS MSC中进行了仿真，并在实际机器人样机上进一步验证。为了解决管道中的平滑垂直弯曲和摩擦系数变化，后来通过在4个接头中的2个接头处用串联弹性致动器（SEA）替换弹簧来修改设计。
2017-06-19 cs.RO
