Task-Oriented Co-Design and Optimization of Geared Actuators for Robotic Applications
Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））
本文提出一种任务导向的齿轮执行器协同设计优化框架，联合优化硬件与控制，实验表明其扭矩密度比商用执行器高60%、重量轻18.6%。
2026-09-22 cs.RO
A Dual-Cam Parallel Elastic Actuator with Shared Gas-Spring Compensation for Humanoid Ankles
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利技术研究院）
本文提出一种带共用气弹簧补偿的双凸轮并联弹性驱动器，构建耦合2自由度数学模型与优化设计框架，经仿真验证其可作为紧凑定制的人形踝关节扭矩补偿方案。
2026-09-01 cs.RO
Trajectory-based actuator identification via differentiable simulation
Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)（莫斯科物理技术学院）
本文提出一种基于轨迹的执行器识别方法，利用可微模拟从编码器运动数据中拟合系统级执行器模型，无需扭矩传感器等设备，提升了机器人仿真与真实行为的衔接精度。
2026-04-16 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
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
Series-Parallel Integrated Nonlinear Elastic Actuator applied to the lean motion of a bicycle simulator
Institute of Automatic Control, RWTH Aachen University（自动控制研究所，亚琛RWTH大学）；Demcon Life Sciences & Health（Demcon生命科学与健康）；Hapticlink Technologies（Hapticlink技术公司）；Department of BioMechanical Engineering, Delft University of Technology（生物机械工程系，代尔夫特理工大学）；Department of Rehabilitation Medicine, Erasmus MC（康复医学系，埃因霍温麦斯特大学）
提出一种串并联集成非线性弹性致动器（SPINEA），通过非线性传动使单个弹性元件同时承担串联和并联角色，实现高扭矩和精确扭矩跟踪，并应用于自行车模拟器倾斜运动。
2026-05-29 cs.RO
Actuator-Constrained Reinforcement Learning for High-Speed Quadrupedal Locomotion
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
本文提出在执行器转矩-转速约束下进行强化学习，实现四足机器人高速奔跑，通过均匀分配转矩和轻量化足部设计，使45公斤的KAIST Hound达到6.5米/秒的最快速度。
2023-12-29 cs.RO
Alternative Metrics to Select Motors for Quasi-Direct Drive Actuators
University of Michigan（密歇根大学）
用于腿式运动的机器人系统-包括足式机器人、外骨骼和假肢-需要具有低惯性和高输出扭矩的致动器。传统上，通过最大化电机间隙半径来为这些应用选择电机。我们提出了电机选择的替代指标是不变的传动比。所提出的度量奖励最小化电机惯性，同时最大化扭矩和电机常数，而不特别考虑间隙半径，为腿部运动应用提供更好的性能平衡。我们严格的特点的T-电机RI 50和演示的使用指标进行比较RI 50广泛使用的T-电机U8作为一个案例研究。
2022-02-24 cs.RO
Contact-UAN: Unsupervised Actuator Networks as a Residual World Model for Humanoid Control
MIT（麻省理工学院）
Contact-UAN是保留仿真物理先验并校正执行器动力学的残差世界模型，基于6.5分钟真实行走数据训练的UAN，可使人形机器人策略无缝迁移至现实，降低运行扭矩与力跟踪误差，实现柔顺阻抗控制及鲁棒跳跃。
2026-10-15 cs.RO
Design and Characterization of a Limb Encircling Actuator
University of Michigan（密歇根大学）
研究重新思考致动几何结构使外骨骼更贴合身体的方法，开发肢体环绕式致动器（LEA）并表征其特性，其虽有高扭矩密度和创新布局，但贴近身体仍有困难，为外骨骼设计提供见解。
2026-07-16 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
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
Investigating the Effect of a Series Elastic Actuation Retrofit to Black-Box Actuators
Imperial College London, Mechanical Engineering Department（帝国理工学院伦敦校区机械工程系）
通过为黑箱执行器加装串联弹性元件，利用有限元分析设计扭转弹性元件，实现了高保真力测量，将开环力控制带宽从10.32 Hz提升至30.32 Hz，提升2.93倍，且性能优于成本更高的商用传感器。
2026-05-22 cs.RO
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
Learning-based Design and Control for Quadrupedal Robots with Parallel-Elastic Actuators
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
双弹性关节可以通过附加力矩辅助驱动器来提高机器人的效率和强度。为了实现这些好处，需要仔细设计弹簧。然而，设计机器人是一个迭代和繁琐的过程，往往依赖于直觉和直觉。我们介绍了一个设计优化框架，使我们能够共同优化的四足机器人的并行弹性膝关节和运动控制器，最小的人类直觉。我们设计了一个平行的弹性关节，并优化其参数方面的效率在一个无模型的方式。在第一步中，我们使用无模型强化学习来训练设计条件策略，能够在预定义的设计参数范围内控制四足动物。然后，我们使用贝叶斯优化来找到使用该策略的最佳设计。我们使用这个框架来优化我们的四足机器人ANYmal的膝盖平行弹性弹簧参数与最优控制器。我们评估的优化设计和控制器在现实世界中的实验在各种地形。我们的研究结果表明，新系统提高了33%的机器人的扭矩平方效率相比，基线和最大关节扭矩减少了30%，而不影响跟踪性能。改进后的设计使平坦地形上的操作时间延长了11%。
2023-01-09 cs.RO
Quasi-Direct Drive Actuation for a Lightweight Hip Exoskeleton with High Backdrivability and High Bandwidth
Rutgers, The State University of New Jersey（新泽西州立大学罗格斯分校）
高性能执行器是实现下肢可穿戴机器人机械多功能性的关键，这些机器人要求重量轻，高度可反向驱动，并具有高带宽。最先进的致动器，例如，串联弹性致动器（SEA），必须折衷带宽以提高顺应性（即，反向驱动能力）。在本文中，我们描述了基于我们定制的准直接驱动（QDD）驱动（即，具有低传动比齿轮的高转矩密度电动机）。我们还提出了一个基于模型的性能基准比较代表性的致动器的扭矩能力，控制带宽，backdrivability，和力跟踪精度。本文旨在证实“为控制而设计”的基本理念，即精心的机器人设计可以简化控制算法，同时确保高性能。根据这个想法，我们创建了一个轻量级的双侧髋关节外骨骼（总质量为3.4 kg），以减少正常活动期间的关节负荷，包括行走和蹲下。实验结果表明，外骨骼能够产生高标称扭矩（17.5 Nm）、高反向驱动能力（0.4 Nm反向驱动扭矩）、高带宽（62.4 Hz）和高控制精度（1.09 Nm均方根跟踪误差，即，所需峰值扭矩的5.4%）。它的控制器是多功能的，以帮助步行在不同的速度（0.8-1.4米/秒）和蹲在2秒的节奏。这项工作证明了显着的改进，在backdrivability和控制带宽相比，国家的最先进的外骨骼提供动力的传统驱动或SEA。
2020-04-01 cs.RO
Magnetically Self-Sealed MR Haptic Actuator With PWM-Based Excitation and High-Fidelity Torque Control
Imperial College London（伦敦帝国学院）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
该研究提出一种集成式MRF触觉系统，采用磁自密封旋转执行器与高保真力矩控制，通过优化磁通量布置提升性能，其控制器较PID大幅降低误差，可稳定运行，将变革人机协作模式。
2026-08-21 cs.RO cs.SY eess.SY
Minimizing Energy Consumption and Peak Power of Series Elastic Actuators: a Convex Optimization Framework for Elastic Element Design
The University of Texas at Dallas（得克萨斯大学达拉斯分校）
与刚性执行机构相比，弹性执行机构（SEA）系列可降低电机能耗和峰值功率，但这些优势在很大程度上取决于弹性元件的扭矩-伸长曲线设计。在线性弹簧的情况下，自然动力学是这种设计的传统方法，但它有两个主要的局限性：难以或不可能分析任意载荷轨迹，并且它不考虑致动器约束。参数优化也是解决这些限制的流行设计方法，但解决方案仅在参数空间内是最优的。为了克服这些限制，我们提出了一个非参数凸优化程序的非线性弹性元件的设计，最大限度地减少能源消耗和峰值功率为任意周期性的参考轨迹。为了获得凸性，我们引入了一个凸近似的峰值功率的表达式，能源消耗是凸的近似。在成本函数中的峰值功率和能量消耗的组合导致多目标凸优化框架，包括本文的主要贡献。作为一个案例研究，我们恢复的拉伸扭矩分布的立方弹簧，其固有振荡作为参考负载。然后，我们设计了非线性SEA的踝关节假体，最大限度地减少能源消耗和峰值功率为不同的轨迹和扩展范围内可实现的任务时，受致动器的约束。
2019-02-06 cs.RO
Identification and Control of a Soft-Robotic Bladder Towards Impedance-Style Haptic Terrain Display
University of Utah（犹他大学）
本文评估的能力，软机器人气动执行器来自地形显示触觉设备，“智能鞋。“智能鞋的气囊设计升级，包括压力供应和更大的输出流量能力。创建了一个工作台设置来严格测试这种新型执行器。这种新的致动器的带宽和刚度的能力进行评估相对于人类步态过程中遇到的力和位移。提出了四个力与位移曲线相关的触觉地形显示和测试使用滑模跟踪控制。发现致动器可以维持类似于混凝土上的软底鞋的刚度，以及其他地形（沙子，泥土等），而7.3Hz的带宽达不到10 Hz的目标带宽。以20 mm/s（与人类步态的速度相似）完成的膀胱舒适度显示出跟踪所需力轨迹的有希望的结果。结果表明，该驱动器能够显示触觉地形轨迹，为未来可穿戴触觉地形显示器的研制提供了基础。
2022-07-12 cs.RO
Design of Extra Robotic Legs for Augmenting Human Payload Capabilities by Exploiting Singularity and Torque Redistribution
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
我们提出了一种新的机器人人类增强系统的设计，该系统将帮助操作员携带沉重的有效载荷，达到并保持困难的姿势，并最终更好地执行他们的工作。额外的机器人腿（XRL）系统由操作员佩戴，由两个铰接的机器人腿组成，它们与操作员一起移动以承载沉重的有效载荷。该设计是由需要提高危险材料应急响应人员的有效性驱动的，这些人员被他们的个人防护设备（PPE）所拖累。腿最终将与操作员一起行走、爬楼梯、蹲下和爬行，同时消除操作员的所有外部PPE负载。分析了最极端负载情况下的力，以找到减少致动器负载的有效策略。分析表明，最大扭矩施加在从爬行到站立运动模式的过渡期间。通过利用由XRL的特定姿态形成的闭环运动链产生的力应用中的冗余，峰值扭矩显著降低。根据这些分析的结果设计了执行器、动力系统和传动元件。使用差动机构将多个致动器的输入组合成单个自由度，可以将承受重负载所需的齿轮减速保持在最小值，从而由于接近直接驱动的传动而实现高带宽力控制。利用从这些分析中获得的见解制造了原型，初步测试表明XRL系统的可行性。
2020-07-02 cs.RO
Design, Modelling, and Control of a Reconfigurable Rotary Series Elastic Actuator with Nonlinear Stiffness for Assistive Robots
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
在辅助机器人中，柔顺驱动器是建立安全和令人满意的物理人机交互（pHRI）的关键部件。柔性致动器的性能在很大程度上取决于弹性元件的刚度。通常，低刚度是期望的，以实现低阻抗、力控制的高保真度和安全的pHRI，而高刚度是需要的，以确保足够的力带宽和输出力。然而，这些要求是相互矛盾的，往往因任务和条件的不同而有所不同。为了解决刚度选择的矛盾，提高对不同应用的适应性，开发了一种可重构的非线性刚度旋转串联弹性驱动器（RRSEAns）。本文建立了可重构旋转串联弹性元件的精确模型，研究了其调整原理，并进行了详细的分析和实验验证。RSEAn可以提供从0.095 Nm/deg到2.33 Nm/deg的宽范围的刚度，并且可以相对于可重构RSEE的不同配置产生不同的刚度分布。的RRSEAns的整体性能进行了验证，通过实验的频率响应，转矩控制和pHRI，这是足够的大多数应用程序中的辅助机器人。具体而言，在透明/人工负责模式下，相互作用扭矩的均方根（RMS）误差低至0.07 Nm，证明了RRSEAn在pHRI中的优势。
2022-05-28 cs.RO
Design and Experimental Validation of a 3D Printed Torsional Series Elastic Actuator for Safe Human Robot Interaction
ESPOL Polytechnic University（ESPOL理工大学）
本文设计并实验验证了一种3D打印TPU扭转串联弹性执行器，具有线性响应和低刚度，配合混合位置控制器，实现安全、低成本的人机交互。
2026-09-18 cs.RO
Design and Control of a Cable-Driven Switchable Actuator with Torque/Tension Dual Modes for Exoskeletons
Beihang University（北京航空航天大学）；Longyan University（龙岩学院）
本文提出一种缆驱动可切换执行器，可在扭矩/拉力双模式间快速切换，结合近端传感与迭代学习控制，实现高效稳定力输出，适用于外骨骼多样化训练场景。
2026-09-22 cs.RO cs.SY eess.SY
High-bandwidth nonlinear control for soft actuators with recursive network models
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Cornell University（康奈尔大学）
我们提出了一种高带宽，轻量级，非线性输出跟踪技术的软执行器，结合简约的递归层的前向输出预测和在线优化使用牛顿-拉夫森。与传统的RNN模型相比，这种技术可以减少模型大小并增加控制回路频率。该控制器的原型上的一个单一的软致动器与软位置传感器的实验结果表明，有效的跟踪参考的空间轨迹和拒绝的机械和电磁干扰。这些通过使用全连接（FC）子结构的均方根路径跟踪误差（RMSE）为1.8mm、使用门控递归单元（GRU）的均方根路径跟踪误差为1.62mm以及使用长短期记忆（LSTM）单元的均方根路径跟踪误差为2.11mm来证明，所有这些均在三个任务上平均。在这些型号中，最高的闪存要求是2.22 kB，使控制器和执行器的共同位置。
2021-01-04 cs.AI cs.NA cs.RO
A Lightweight Force-Controllable Wearable Arm Based on Magnetorheological-Hydrostatic Actuators
Exonetik Inc.（Exonetik公司）
多余机器人肢体（SRL）是可穿戴机器人，通过充当同事、触及物体、支撑人类手臂等来增强人类能力。然而，现有SRL缺乏交互力必须可控的任务所需的机械反向驱动能力和带宽，例如绘画、操纵易碎物体、在最小化重量的同时具有高带宽的高度可反向驱动性提出了由传统电磁致动器的有限性能所强加的主要技术挑战。本文研究了使用磁流变（MR）离合器耦合到一个低摩擦静液压传动的可行性，以提供一个高能力，但重量轻，力可控的SRL。设计并制造了一个2.7kg的2自由度可穿戴机械臂。肩关节和肘关节设计为提供39和25 Nm，115和180°的运动范围。在单自由度测试台上进行的实验研究和分析验证证明了高力带宽（>25 Hz）和良好的控制相互作用力的能力，即使在与外部阻抗相互作用时。此外，三个力控制方法进行了研究和实验证明：开环，闭环力，闭环压力。这三种方法都是有效的。总的来说，建议的MR静液致动系统是非常适合于一个轻量级的SRL与人类和环境的相互作用，增加了不可预测的干扰。
2022-06-27 cs.RO
Exponential Auto-Tuning Fault-Tolerant Control of N Degrees-of-Freedom Manipulators Subject to Torque Constraints
本文针对n自由度机械臂提出一种基于子系统的自整定容错控制（SBFC）系统，结合执行器故障校正与饱和函数限制过大扭矩，利用JAYA算法优化控制增益，确保系统一致指数稳定并提升轨迹跟踪精度。
2024-07-30 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
SPINE Gripper: A Twisted Underactuated Mechanism-based Passive Mode-Transition Gripper
Department of Civil and Environmental Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology（环境与土木工程系，韩国科学技术院）
SPINE Gripper通过机械设计实现无需传感器或主动控制的双向抓取与旋转转换，展示非共面多功能操作的机械实现。
2026-01-11 cs.RO
Modeling and Application of Series Elastic Actuators for Force Control Multi Legged Robots
Udaya School of Engineering（乌达亚工程学院）
系列弹性驱动器在无约束环境中的机器人力控制中具有许多优点。这些优点包括高力保真度、极低阻抗、低摩擦和良好的力控制带宽。系列弹性驱动器采用了一种新颖的机械设计架构，违背了“越硬越好”的通用机械设计原则。柔顺元件被放置在齿轮训练和驱动负载之间以有意地减小致动器的刚度。位置传感器测量偏转，并使用胡克定律（F=Kx）精确计算力输出。然后，控制回路将致动器伺服到期望的输出力。由此产生的致动器具有固有的耐冲击性，高力保真度和极低的阻抗。这些特性在许多应用中是期望的，包括足式机器人、用于人类性能放大的外骨骼、机器人臂、触觉接口和自适应悬架。我们描述了系列弹性执行器的几个变化，已开发使用电气和液压元件。
2009-12-20 cs.RO
A Data-Driven Approach to Geometric Modeling of Systems with Low-Bandwidth Actuator Dynamics
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Johns Hopkins University Applied Physics Lab（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
针对软体机器人欠驱动高维动力学辨识难题，提出基于几何力学的数据驱动连接模型框架，并在游泳机器人与水凝胶爬行器仿真中验证及优化控制波形。
2023-10-03 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
Ultra-Low-Impedance Robotic Gripper for High-Bandwidth and Transparent Physical Interaction
Sogang University（西江大学）
该研究提出新型9自由度三指差动直接驱动夹爪，结合低减速比差动传动，实现低阻抗、高带宽透明物理交互，解决力矩与硬件复杂度的权衡，为无传感器力估计提供基础。
2026-09-18 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
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
Macro-Scale Electrostatic Origami Motor
Dept. of Aeronautics and Astronautics（航空与宇航系）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Independent Researcher（独立研究者）；Department of Electrical Eng. and Computer Sci.（电气工程与计算机科学系）
本文提出了一种可折叠的宏观尺度静电折纸电机，通过电晕放电实现连续旋转运动，展示了2.5:1的扩展比、1440 rpm的速度和0.04 Nm/kg的扭矩密度。
2026-09-22 cs.RO physics.app-ph
Modeling and control of a cable-driven series elastic actuator
Institute of Robotics and Automatic Information Systems, Nankai University（机器人与自动化信息系统研究所，南开大学）；Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robotics, Nankai University（天津智能机器人重点实验室，南开大学）
本文研究缆驱动系列弹性执行器的建模与控制，采用双自由度控制方法提升鲁棒性，验证了其在人机交互中的应用潜力。
2018-09-17 cs.RO cs.SY eess.SY
NeuralActuator: Neural Actuation Modeling for Robot Dynamics and External Force Perception
MIT（麻省理工学院）；Amazon（亚马逊）
研究针对低成本平台执行器动力学致模拟到现实误差问题，提出NeuralActuator模型，能联合预测多种内容，引入NAD数据集，通过可微模拟训练，经多平台实验验证其在电机状态估计等方面有应用价值。
2026-07-20 cs.CV cs.GR cs.LG
Robot Impedance Control and Passivity Analysis with Inner Torque and Velocity Feedback Loops
. Agile \& Dexterous Robotics Lab, ETH Z\"urich, Tannenstr. 3, 8092 Z\"urich, Switzerland
本文研究了机器人阻抗控制中内力和速度反馈环对稳定性区域和系统被动性的影响，通过仿真和实验数据验证，并提出基于内力环和正速度反馈环的关节阻抗控制器设计方法。
2016-05-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Necessary and Sufficient Conditions for Passivity of Velocity-Sourced Impedance Control of Series Elastic Actuators
Faculty of Engineering and Natural Sciences, Sabancı University（工程与自然科学学院，萨班奇大学）
本文研究了系列弹性驱动器速度源阻抗控制架构的被动性条件，提出了非保守的设计指南以实现null阻抗和纯弹簧的触觉显示，并强调了在积分控制器中包含物理阻尼的重要性。
2019-05-06 cs.RO cs.SY eess.SY
A Sagittal Planar Ankle-Foot Prosthesis with Powered Plantarflexion and Socket Alignment
本研究针对动力踝足假肢易加剧截肢者疼痛等问题，基于步态预测生物力学仿真设计了带前后平移自由度的新型胫骨假肢，通过实验验证了其性能，为可穿戴机器人设计提供了参考。
2024-10-31 cs.RO cs.SY eess.SY
MLP Based Continuous Gait Recognition of a Powered Ankle Prosthesis with Serial Elastic Actuator
Beihang University（北京航空航天大学）
本文提出一种采用串联弹性执行器和新型平面扭转弹簧的动力踝关节假肢，并设计基于MLP的步态识别方法，仅凭单个IMU即可连续预测速度、步态相位、踝关节角度和角速度，提升假肢柔顺性与实时控制能力。
2024-03-30 cs.RO cs.SY eess.SY
Distributed Impedance Control of Latency-Prone Robotic Systems with Series Elastic Actuation
Georgia Tech（佐治亚理工学院）；UT Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文研究了具有串联弹性执行器的延迟敏感机器人系统的分布式阻抗控制问题，提出了一种关键阻尼增益设计方法，用于优化SEA级联控制架构的阻抗控制器设计，并通过频率域方法分析了时间延迟、滤波和负载惯量对SEA阻抗性能的影响。
2018-11-27 cs.RO cs.SY eess.SY
Iterative Machine Learning for Precision Trajectory Tracking with Series Elastic Actuators
Ultra-Precision Controls Lab（超精密控制实验室）；University of Washington（华盛顿大学）
本文研究了在系列弹性执行器中使用迭代学习方法提高位置跟踪精度的问题，通过迭代学习生成前馈命令，利用复值高斯过程回归技术估计局部系统模型，从而减少跟踪误差。
2017-10-05 cs.LG cs.RO cs.SY
