可穿戴机器人受到执行器表演的限制，因为它们必须承担自己的电力系统和能源的重量。本文探讨了利用混合模式通过使用液压阀动态重新配置静液压执行器的连接来利用混合模式以轻巧有效的系统来满足多个操作点的想法。分析的机会包括1）在高度齿轮电源或快速电源之间切换，2）动态连接能量蓄能器，3）使用锁定机制进行固定。基于膝盖外骨骼案例研究分析，结果表明，齿轮比之间的切换可以导致更轻，更有效的执行器。此外，结果表明，使用累加器提供预紧力的连续力具有巨大的质量潜力，但如果用作短瞬态的功率助推器，则不会显着降低质量。最后，如果工作周期频繁停止，使用锁定阀可以稍微降低电池质量。提出的多模式方案的操作原理用一氧化碳原型证明。

精确和高保真力控制对于与人类和未知环境相互作用的新一代机器人至关重要。移动机器人（例如可穿戴设备和腿部机器人）也必须轻巧才能完成其功能。已经提出了静液压传输，作为满足这两个具有挑战性要求的有前途的策略。在以前的出版物中，结果表明，使用磁性执行器（MR）执行器与静水透射率相结合，可提供高功率密度和出色的开环人类机器人相互作用。尽管如此，传输动力学和非线性摩擦仍会降低低频和高频下的开环力保真度。这封信比较了MR-Hydrstortic执行器系统的控制策略，以增加其扭矩保真度，该扭矩屈服于带宽（测量得出的扭矩参考）和透明度（最小化在机器人背后反射到最终效应器的不需要的力）。开发了四种控制方法并通过实验进行比较：（1）具有摩擦补偿的开环控制； （2）非集中压力反馈； （3）压力反馈； （4）LQGI状态反馈。还实施了抖动策略来平滑球螺钉摩擦。结果表明，方法（1），（2）和（3）可以提高性能，但面临妥协，而方法（4）可以同时改善所有指标。这些结果表明，使用控制方案使用束缚架构来改善机器人的力控制性能的潜力，从而解决了传输动力学和摩擦等问题。

Springs are efficient in storing and returning elastic potential energy but are unable to hold the energy they store in the absence of an external load. Lockable springs use clutches to hold elastic potential energy in the absence of an external load but have not yet been widely adopted in applications, partly because clutches introduce design complexity, reduce energy efficiency, and typically do not afford high-fidelity control over the energy stored by the spring. Here, we present the design of a novel lockable compression spring that uses a small capstan clutch to passively lock a mechanical spring. The capstan clutch can lock up to 1000 N force at any arbitrary deflection, unlock the spring in less than 10 ms with a control force less than 1 % of the maximal spring force, and provide an 80 % energy storage and return efficiency (comparable to a highly efficient electric motor operated at constant nominal speed). By retaining the form factor of a regular spring while providing high-fidelity locking capability even under large spring forces, the proposed design could facilitate the development of energy-efficient spring-based actuators and robots.

In unstructured environments, robots run the risk of unexpected collisions. How well they react to these events is determined by how transparent they are to collisions. Transparency is affected by structural properties as well as sensing and control architectures. In this paper, we propose the collision reflex metric as a way to formally quantify transparency. It is defined as the total impulse transferred in collision, which determines the collision mitigation capabilities of a closed-loop robotic system taking into account structure, sensing, and control. We analyze the effect of motor scaling, stiffness, and configuration on the collision reflex of a system using an analytical model. Physical experiments using the move-until-touch behavior are conducted to compare the collision reflex of direct-drive and quasi-direct-drive actuators and robotic hands (Schunk WSG-50 and Dexterous DDHand.) For transparent systems, we see a counter-intuitive trend: the impulse may be lower at higher pre-impact velocities.

外骨骼和矫形器是可穿戴移动系统，为用户提供机械益处。尽管在过去几十年中有重大改进，但该技术不会完全成熟，以便采用剧烈和非编程任务。为了适应这种功能不全，需要分析和改进该技术的不同方面。许多研究一直在努力解决外骨骼的某些方面，例如，机构设计，意向预测和控制方案。但是，大多数作品都专注于设计或应用的特定元素，而无需提供全面的审查框架。本研究旨在分析和调查为改进和广泛采用这项技术的贡献方面。为了解决此问题，在引入辅助设备和外骨骼后，将从物理人员 - 机器人接口（HRI）的角度来研究主要的设计标准。通过概述不同类别的已知辅助设备的几个例子，将进一步开发该研究。为了建立智能HRI策略并为用户提供直观的控制，将研究认知HRI。将审查这种策略的各种方法，并提出了意图预测的模型。该模型用于从单个电拍摄（EMG）通道输入的栅极相位。建模结果显示出低功耗辅助设备中单通道输入的潜在使用。此外，所提出的模型可以在具有复杂控制策略的设备中提供冗余。

超级机器人四肢（SRL）是可穿戴的机器人，通过充当同事，到达物体，支撑人的武器等来增强人类能力。但是，现有的SRL缺乏可控制互动力所需的机械背景和带宽作为绘画，操纵脆弱的物体等。具有高带宽的高度背景，而最小化重量则带来了由常规电磁执行器的有限表现施加的重大技术挑战。本文研究了使用磁性（MR）离合器耦合到低摩擦式静液传动的可行性，以提供高功能强大但可轻巧，可控制的SRL。设计和建造了2.7千克二线可穿戴机器人手臂。肩膀和肘关节的设计可提供39和25 nm，运动范围为115和180 {\ deg}。在一氧化基督测试台上进行的实验研究并在分析上进行了验证，即使在与外部阻抗相互作用时，也表明了高力带宽（> 25 Hz），并且能够控制相互作用的能力。此外，研究并通过实验研究了三种力对照方法：开环，闭环力和压力上的闭环。所有三种方法均显示为有效。总体而言，拟议的MR-Hydrstoratic致动系统非常适合与人类和环境相互作用的轻量级SRL，从而增加了无法预测的干扰。

In this paper, we present an adjustable-equilibrium parallel elastic actuator (AE-PEA). The actuator consists of a motor, an equilibrium adjusting mechanism, and a spring arranged into a cylindrical geometry, similar to a motor-gearbox assembly. The novel component of the actuator is the equilibrium adjusting mechanism which (i) does not require external energy to maintain the equilibrium position of the actuator even if the spring is deformed and (ii) enables equilibrium position control with low energy cost by rotating the spring while keeping it undeformed. Adjustable equilibrium parallel elastic actuators resolve the main limitation of parallel elastic actuators (PEAs) by enabling energy-efficient operation at different equilibrium positions, instead of being limited to energy-efficient operation at a single equilibrium position. We foresee the use of AE-PEAs in industrial robots, mobile robots, exoskeletons, and prostheses, where efficient oscillatory motion and gravity compensation at different positions are required.

我们通过在轮子上的光加权外骨骼提出了一个用于低体积受损的用户的个人移动装置。在其核心上，一种新型的被动外骨骼提供姿势过渡，利用自然身体姿势，该姿势在静坐的静止和静坐（STS）过渡时，通过单个气体弹簧作为储能单元，通过支撑架上的躯干。我们通过双轮线系统提出膝盖和髋关节的方向依赖性耦合，从躯干运动转移到膝关节致动器处的力矩负载来平衡躯干运动。在这里，外骨骼最大化能量转移和用户运动的自然。我们介绍了一个体现的用户界面，用于通过躯干压力感测通过躯干压力感测，导致平均$ 19 ^ {\ rIC} \ PM 13 ^ {\ rIC} $上六个未受害的用户。我们评估了11月11日未受害的用户在过渡期间观察动作和肌肉活动的STS帮助的设计。结果比较辅助和无归档的STS转型验证了涉及的肌肉群体的显着减少（高达68美元\％$ 5,01.01 $）。此外，我们通过自然躯干倾斜运动来显示它是可行的$ + 12 ^ {\ riC} \ pm 6.5 ^ {\ circ} $和$ - 13.7 ^ {\ rIC} \ pm 6.1 ^ {\ riC} $ staity和分别坐着。被动灾害迁移援助保证进一步努力提高其适用性和扩大用户人口。

本文介绍了Scalucs，这是一种四足动物，该机器人在地上，悬垂和天花板上爬上攀爬，并在地面上爬行。 Scaleer是最早的自由度四束机器人之一，可以在地球的重力下自由攀爬，也是地面上最有效的四足动物之一。在其他最先进的登山者专门攀登自己的地方，Scaleer承诺使用有效载荷\ Textit {和}地面运动实践自由攀爬，这实现了真正的多功能移动性。新的攀登步态滑冰步态通过利用缩放器的身体连锁机制来增加有效载荷。 Scaleer在地面上达到了最大归一化的运动速度，即$ 1.87 $ /s，$ 0.56 $ m /s，$ 1.2 $ /min，或$ 0.42 $ m /min /min的岩石墙攀爬。有效载荷能力达到地面上缩放器重量的233美元，垂直墙上的$ 35 $％。我们的山羊抓手是一种机械适应的两指抓手，成功地抓住了凸凸和非凸的对象，并支持缩放器。

通过提供超出人为局限性的环境，机器人是空间探索的关键仪器。跳跃机器人概念是有吸引力的谈判复杂地形的解决方案。然而，在克服的工程挑战中，能够持续运行的跳跃机器人概念，机械故障模式的减少是最基本的。本研究提出开发跳跃机器人，重点是减少机制维护的最小致动。我们介绍了Sarrus式连杆的合成，以限制系统在不使用典型的同步齿轮的情况下对系统进行三种翻译程度。我们将目前的研究界定到垂直固体跳跃，以评估基本主驱动轴的性能。实验室示威者有助于转移理论概念和方法。实验室示威者进行了63％的动能转换效率的跳跃，理论最大为73％。令人满意的运行开辟了朝向太空勘探跳跃机器人平台的发展的设计优化和方向跳跃能力。

将包装从存储设施运送到消费者前门的物流通常采用高度专业的机器人，通常会将子任务分配到不同的系统，例如，操纵器臂进行分类和轮式车辆进行交付。最近的努力试图通过腿部和人形机器人进行统一的方法。但是，这些解决方案占据了大量空间，从而减少了可以适合运送车辆的包装数量。结果，这些庞大的机器人系统通常会降低可伸缩性和并行任务的潜力。在本文中，我们介绍了Limms（锁存智能模块化移动系统），以解决典型的最后一英里交付的操纵和交付部分，同时保持最小的空间足迹。 Limms是一种对称设计的，6型自由度（DOF）的类似于附件的机器人，两端都带有轮子和闩锁机构。通过将锁在表面上并锚定在一端，Limms可以充当传统的6多型操纵器臂。另一方面，多个lims可以锁在一个盒子上，并且像腿部机器人系统一样行为，包装是身体。在运输过程中，与传统的机器人系统相比，LIMM紧紧地折叠起来，占用的空间要少得多。一大批limms单元可以安装在单个送货工具内部，为新的交付优化和混合计划方法开放，从未做过。在本文中，使用硬件原型研究和呈现了LIMM的可行性，以及在典型的最后一英里交付中的一系列子任务的仿真结果。

四倍的机器人通常配备额外的手臂进行操作，对价格和重量产生负面影响。另一方面，腿部运动的要求意味着，这种机器人的腿通常具有执行操作所需的扭矩和精度。在本文中，我们介绍了一种新颖的设计，该设计针对一个小型四倍的机器人，配备了两个受甲壳类动物和指关节walker前的前肢启发的腿部安装机。通过使用腿部已经存在的执行器，我们只能使用每个肢体额外的3个电动机来实现操纵。该设计使相对于腿部电动机的小型且廉价的执行器的使用，从而进一步降低了成本和重量。由于集成的电缆/皮带轮系统，惯性的瞬间对腿的影响很小。正如我们在一套远程操作实验中所显示的那样，机器人能够执行单个和双LIMB操纵，并在操纵模式之间过渡。拟议的设计的性能与额外的手臂相似，同时称重和成本减少了每个操纵器的5倍，并可以完成需要2个操纵器的任务。

意识到高性能软机器人抓手是具有挑战性的，因为软执行器和人造肌肉的固有局限性。尽管现有的软机器人抓手表现出可接受的性能，但他们的设计和制造仍然是一个空旷的问题。本文探索了扭曲的弦乐执行器（TSA），以驱动软机器人抓手。 TSA已被广泛用于众多机器人应用中，但它们包含在软机器人中是有限的。提议的抓手设计灵感来自人类手，四个手指和拇指。通过使用拮抗剂TSA，在手指中实现了可调刚度。手指的弯曲角度，驱动速度，阻塞力输出和刚度调整是实验表征的。抓手能够在Kapandji测试中获得6分，并且还可以达到33个Feix Grasp Grasp分类法中的31个。一项比较研究表明，与其他类似抓手相比，提出的抓手表现出等效或卓越的性能。

This paper expounds the design and control of a new Variable Stiffness Series Elastic Actuator (VSSEA). It is established by employing a modular mechanical design approach that allows us to effectively optimise the stiffness modulation characteristics and power density of the actuator. The proposed VSSEA possesses the following features: i) no limitation in the work-range of output link, ii) a wide range of stiffness modulation (~20Nm/rad to ~1KNm/rad), iii) low-energy-cost stiffness modulation at equilibrium and non-equilibrium positions, iv) compact design and high torque density (~36Nm/kg), and v) high-speed stiffness modulation (~3000Nm/rad/s). Such features can help boost the safety and performance of many advanced robotic systems, e.g., a cobot that physically interacts with unstructured environments and an exoskeleton that provides physical assistance to human users. These features can also enable us to utilise variable stiffness property to attain various regulation and trajectory tracking control tasks only by employing conventional controllers, eliminating the need for synthesising complex motion control systems in compliant actuation. To this end, it is experimentally demonstrated that the proposed VSSEA is capable of precisely tracking desired position and force control references through the use of conventional Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers.

为了在医疗和工业环境中广泛采用可穿戴机器人外骨骼，至关重要的是，它们可以适应性地支持大量运动。我们提出了一种新的人机界面，以同时在一系列“看不见的”步行条件和未用于建立控制界面的“看不见”步行条件和过渡期间同时驱动双侧踝部外骨骼。提出的方法使用人特异性的神经力学模型从测量的肌电图（EMG）和关节角度实时估算生物踝关节扭矩。基于干扰观察者的低级控制器将生物扭矩估计转换为外骨骼命令。我们称此“基于神经力学模型的控制”（NMBC）。 NMBC使六个人能够自愿控制六个步行条件下的双边踝部外骨骼，包括所有中间过渡，即两个步行速度，每个步行速度在三个地面高程中进行，不需要预先定义的扭矩轮廓，也不需要先验选择的神经肌肉肌肉反射规则，或国家机器在文献中很常见。在涉及月球漫步的灵活的运动任务上进行了一个单一的主题案例研究。 NMBC始终启用能够减少生物踝扭矩，以及与非辅助条件相比，在步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间以及步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间的八个踝部肌肉EMG。新型步行条件下的扭矩和EMG减少表明，外骨骼在操作员的神经肌肉系统控制的外观上进行了共生。这为系统地采用可穿戴机器人作为现场医疗和职业环境的一部分开辟了新的途径。

海浪可再生能源快速成为近几十年来可再生能源行业的关键部分。通过在该过程中开发波能转换器作为主转换器技术，研究了它们的电力起飞（PTO）系统。调整PTO参数是一个具有挑战性的优化问题，因为这些参数与吸收功率输出之间存在复杂和非线性关系。在这方面，本研究旨在优化在澳大利亚海岸的珀斯的波路场景中的点吸收波能量转换器的PTO系统参数。转换器在数量上设计成振荡，以防止不规则，并且执行PTO设置的多维波和灵敏度分析。然后，要找到导致最高功率输出的最佳PTO系统参数，并入了十种优化算法，以解决非线性问题，包括Nelder-Mead搜索方法，主动集方法，顺序二次编程方法（SQP），多节透视优化器（MVO）和六种改进的遗传，代理和Fminsearch算法组合。在可行性景观分析之后，执行优化结果并在PTO系统设置方面提供最佳答案。最后，调查表明，遗传，替代和FMINSEARCH算法的修改组合可以优于所研究的波场景中的其他组合，以及PTO系统变量之间的相互作用。

人类的腿部运动受人体和神经控制的自然动态的控制。假定有助于人类行走效率高的一种机制是冲动的脚踝推断，它可能为挥杆腿弹射器提供动力。然而，尚不清楚人类下腿的机制，其复杂的肌肉弯曲单元跨越了单个关节和多个关节。腿部机器人允许在实际步行步态中测试复杂的腿力学，控制和环境之间的相互作用。我们开发了一个高0.49m，2.2千克的拟人化型双足机器人，带有比目鱼和甲壳虫肌肉弯曲单元，由线性弹簧代表，在机器人的踝关节和膝关节周围充当单型和二子弹性结构。我们测试了三个比目鱼和胃弹簧螺旋形构型对踝关节功率曲线的影响，踝关节和膝关节运动的协调，总运输成本和步行速度。我们用前馈中央模式发生器控制了机器人，在1.0Hz运动频率下，步行速度在0.35m/s和0.57m/s之间，腿长为0.35m。我们发现所有三种配置之间的差异。比目鱼弹簧刺刺调节机器人的速度和能量效率可能是通过踝关节放大的，而胃刺的弹簧螺旋体在推下时改变了脚踝和膝关节之间的运动配位。

Springs can provide force at zero net energy cost by recycling negative mechanical work to benefit motor-driven robots or spring-augmented humans. However, humans have limited force and range of motion, and motors have a limited ability to produce force. These limits constrain how much energy a conventional spring can store and, consequently, how much assistance a spring can provide. In this paper, we introduce an approach to accumulating negative work in assistive springs over several motion cycles. We show that, by utilizing a novel floating spring mechanism, the weight of a human or robot can be used to iteratively increase spring compression, irrespective of the potential energy stored by the spring. Decoupling the force required to compress a spring from the energy stored by a spring advances prior works, and could enable spring-driven robots and humans to perform physically demanding tasks without the use of large actuators.

拍打翅膀是一种生物启发的方法，可在空中机器人中产生升力和推动，从而导致安静有效的运动。该技术的优点是安全性和可操作性，以及与环境，人类和动物的物理互动。但是，为了实现大量应用，这些机器人必须栖息和土地。尽管最近在栖息场上取得了进展，但直到今天，拍打翼车辆或鸟类动物仍无法停止在分支上的飞行。在本文中，我们提出了一种新颖的方法，该方法定义了一个可以可靠和自主将鸟鸟类降落在分支上的过程。该方法描述了拍打飞行控制器的联合操作，近距离校正系统和被动爪附件。飞行由三重俯仰高空控制器和集成的车身电子设备处理，允许以3 m/s的速度栖息。近距离校正系统，具有快速的光学分支传感可补偿着陆时的位置错位。这是通过被动双向爪设计可以补充的，可以锁定和固定2 nm的扭矩，在25毫秒内掌握，并且由于集成的肌腱致动而可以重新打开。栖息的方法补充了四步实验开发过程，该过程为成功的设计优化。我们用700 g的鸟杆验证了这种方法，并演示了在分支上拍打翼机器人的第一次自主栖息飞行，结果用第二个机器人复制。这项工作为在远程任务，观察，操纵和室外飞行中应用翼机器人的应用铺平了道路。

在本文中，我们研究了在中间姿势期间应用踝扭矩是否可以是降低运动量的更有效的方法，而不是单独执行腿部长度。脚踝在人类Gaits中有用，因为许多原因包括静态平衡。在这项工作中，我们专门避免了脚后跟和托对福利，以研究中姿势期间的脚跟到脚趾的压力中心的进展是有益的。我们使用“踝关节驱动弹簧加载的倒立摆”模型来模拟压力动力学的变速中心，并且应用轨迹优化来查找最小化运输成本的极限循环。结果表明，对于绝大多数Gaits，脚踝扭矩不会影响运输成本。脚踝在从接地跑到空中跑步的过渡期间减少了在狭窄的Gaits窄带期间的运输成本。这表明在稳定步态的中间姿势期间施加脚踝扭矩不是直接有益的策略，但最有可能是有益的脚跟和脚趾之间的道路。