← Powrót do encyklopedii

Szeregowy aktuator sprężysty (SEA)

Aktuator ze sprężyną między silnikiem a stawem — mierzy siłę z jej odkształcenia i tłumi udary, przez co jest bezpieczniejszy przy kontakcie.

Szeregowy aktuator sprężysty (ang. series elastic actuator, SEA) to jednostka napędowa, w której celowo umieszczono element sprężysty — najczęściej sprężynę — między silnikiem z przekładnią a samym stawem. Na pierwszy rzut oka może to wyglądać jak krok wstecz, gdyż sprężystość pogarsza dokładność pozycjonowania. W rzeczywistości jest to sprytny kompromis: sprężyna umożliwia robotowi pomiar siły i bezpieczny kontakt z otoczeniem.

Zasada działania wykorzystuje fakt, że siła w sprężynie jest proporcjonalna do jej odkształcenia (prawo Hooke’a). Jeśli czujnik zmierzy, o ile sprężyna się ścisnęła lub rozciągnęła, można z tego bezpośrednio wyznaczyć moment obrotowy w stawie — bez konieczności stosowania drogiego czujnika siły i momentu. SEA oferuje zatem bardzo wierną regulację siły, co jest kluczowe zarówno przy manipulacji przedmiotami, jak i przy interakcji z ludźmi.

Drugą ważną zaletą jest tłumienie udarów. Gdy robotyczna noga uderza o podłoże lub ręka trafia na przeszkodę, sprężyna pochłania wstrząs i chroni zarówno przekładnię i silnik, jak i otoczenie. Dzięki temu SEA są bezpieczniejsze we współpracy z ludźmi i bardziej odporne przy dynamicznym chodzeniu oraz sterowaniu całego ciała. Koncepcję tę spopularyzował między innymi dwunożny robot Agility Robotics — jego Digit wykorzystuje podatne stawy do bezpiecznego poruszania się w magazynach wśród ludzi.

SEA ma też swoje wady. Sprężyna spowalnia reakcję aktuatora na szybkie zmiany sygnału sterującego, dlatego jest mniej odpowiednia do zadań wymagających błyskawicznej precyzji. Konstrukcja jest też bardziej złożona i ma więcej ruchomych części. Część producentów wybiera dlatego alternatywne rozwiązanie — napęd quasi-bezpośredni (QDD), który uzyskuje podatność dzięki samemu niskiemu przełożeniu i sterowaniu wstecznemu silnika, bez dodatkowej sprężyny. Wybór między SEA a QDD jest jedną z kluczowych decyzji przy projektowaniu nóg i ramion humanoida.

Powiązane roboty

Powiązane pojęcia