Difference between revisions of "DDRA"

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<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.  
 
<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>
 
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>
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<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.
 
<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 en productivité et en qualité.</french>
 
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 en productivité et en qualité.</french>
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Revision as of 16:02, 20 April 2009

DDRA - Double Differential Rheological Actuator (patent pending)

Team[edit]

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

Description

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.



DDRA from proof-of-concept to first compact integration

Status[edit]

The first compact prototype is being assembled and tested. This is an ongoing project. Preliminary results are listed below.


DDRA

Nominal power

90W

Nominal torque

11 Nm

Maximum torque

20 Nm

Inertia

1.2e-4 kg.m^2

Power Rate

1025 kW/s

Torque bandwidth

>40 Hz (limit of test)

Maximum speed

160 RPM

Reduction ratio

33:1

Dimensions ratio

90 dia X 137 mm

Weight

2.4 kg
Torque control bode plot
Torque command following
Torque step

Videos[edit]

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