DDRA

<french>ADDR - Actionneur à double différentiel rhéologique (en instance de brevet) </french><english>DDRA - Double Differential Rheological Actuator (patent pending)</english>

Description

<english>Robotic systems are increasingly moving out of factories, stepping into a dynamic world full of unknowns, where they must interact in a safe and versatile manner. Traditional actuation schemes, which rely on position control and stiff actuators, often fail in this new context. There have been many attempts to modify them by adding a full suite of force and position sensors and by using new control algorithms but, in most cases, the naturally high output inertia and the internal transmission nonlinearities such as friction and backlash remain quite burdensome.

The proposed actuation scheme addresses many of those limitations. The DDRA uses a differentials mechanism and two magnetorheological brakes coupled to, for example, an electromagnetic motor. This configuration enables the DDRA to act as a high bandwidth, very low inertia, very low friction and without backlash torque source that can be controlled to track any desired interaction dynamics. The advantages include safety and robustness due to extreme backdrivability and a lot of versatility in interactions. In a more traditional context, the actuator’s low inertia, eliminated backlash and reduced nonlinearities allow for greater accelerations and a more precise positioning, thus improving productivity and quality.</english>

<french>Les systèmes robotiques sont appelés à sortir des environnements contrôlés et à faire face à un monde dynamique et plein d'inconnus où ils doivent interagir de façon sécuritaire et polyvalente. Les technologies d'actionneur classiques, rigides et contrôlées en position, faillissent souvent à la tâche dans ce nouveau contexte. Malgré une gamme de capteurs élargie et des algorithmes de contrôle avancés, l'inertie naturelle ainsi que les non-linéarités de la transmission, comme la friction et le jeu, demeurent néfastes.

Le concept d'actionneur proposé élimine plusieurs de ces limitations. L'ADDR utilise un mécanisme différentiel et deux freins magnétorhéologiques couplés, par exemple, à un moteur électromagnétique. Cette configuration permet à l'ADDR d'agir comme une source de couple à haute bande passante, de très faible inertie, de très faible friction et avec un jeu nul qui peut être asservie pour reproduire une dynamique d'interaction choisie. Les avantages incluent une sécurité et une robustesse accrues ainsi qu'une très grande polyvalence dans les interactions. Également, dans un contexte plus traditionnel d'automatisation et de robotique industrielle, l'ADDR permet de fortes accélérations et un positionnement très précis permettant un gain de productivité et de qualité des opérations.</french>

DDRA from proof-of-concept (Prototype 0) to first compact integration (Prototype 1)

<english>= Videos =</english><french>= Vidéos =</french> <english>Download QuickTime for these videos.</english><french> Téléchargez QuickTime pour visionner ces vidéos.</french> <french>

• Prototype 1 (Juin 2009)
• Preuve de concept Prototype 0 (Décembre 2008)

</french> <english>

• Prototype 1 (June 2009)
• Proof-of-concept Prototype 0 (December 2008)

</english>

<english>= Status =</english><french>=État d'avancement=</french> <english>Prototype 1 </english> <french>Prototype 1 </french>

DDRA
<english>Nominal power</english><french>Puissance nominale</french>	90W
<english>Nominal torque</english><french>Couple nominal</french>	11 Nm
<english>Maximum torque</english><french>Couple maximal</french>	20 Nm
<english>Inertia</english><french>Inertie</french>	1.2e-4 kg.m^2
<english>Power Rate</english><french>Power Rate</french>	1025 kW/s
<english>Torque bandwidth</english><french>Bande passante de couple</french>	<english>>40 Hz (limit of test)</english><french>>40 Hz (limite du test)</french>
<english>Maximum speed</english><french>Vitesse maximale</french>	160 RPM
<english>Reduction ratio</english><french>Ratio de réduction</french>	33:1
<english>Dimensions ratio</english><french>Dimensions</french>	90 dia X 137 mm
<english>Weight</english><french>Poids</french>	2.4 kg

<english>Force control:</english><french>Contrôle en force:</french>

Torque control bode plot

Torque command following

Torque step

<english>Position control:</english><french>Contrôle en position:</french>

<english>Interaction control:</english><french>Contrôle d'interaction:</french>

<english>Simulation of a spring</english><french>Simulation d'un ressort</french>	<english>Simulation of a wall</english><french>Simulation d'un mur</french>
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Publications

Fauteux, P., Lauria, M., Legault, M.-A., Heintz, B., Michaud, F. (2009), “Dual differential rheological actuator for robot interaction tasks,” IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. Recipient of Best Student Paper Award. (pdf)

<english>= Team =</english><french>=Équipe=</french>

• Philippe Fauteux
• Benoit Heintz
• Marc-Antoine Legault
• Matthieu Tanguay
• Michel Lauria
• Dominic Létourneau
• François Michaud