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, robust and versatile manner.  
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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 has 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.  
  
  
Traditional actuation schemes, which usually rely on position control and stiff actuators, often fail in this new context. There has been many attempts to modify classic actuators 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.  
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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 configurations enables the DDRA to act as a high bandwith, 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 ineractions. 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 all of those limitations. By using a differentials mechanism and two magnetorheological brakes, it transforms some speed source into an open loop controlled force source which can track any desired interaction dynamics.  
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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.
  
  
The advantages include safety and robustness due to extreme backdrivability. In a more traditional context, the actuator’s low inertia, eliminated backlash and reduced nonlinearities allow for greater accelerations/decelerations and a more precise positioning, thus improving productivity and quality. Of course, the ability to precisely control the interaction dynamics (force-position) opens a set of new possibilities.</english>
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Le concept d'actionneur proposé élimine plusieurs de ces limitations. L'ADDR utilise d'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 accrue ainsi qu'une très grande polyvalence dans les interactions. Également, dans un contexte plus traditionnel, l'ADDR permet de fortes accélérations et un positionnement très précis permettant un gain en productivité et en qualité.</french>
 
 
 
 
<french>Les systèmes robotiques sont aujourd'hui appelés à sortir des environnements industriels contrôlés et à faire face à un monde dynamique plein d'inconnus où ils doivent intéragir de façon sécuritaire, robuste, polyvalente et performante.
 
 
 
 
 
Les technologies d'actionneur classiques, souvent rigides et contrôlées en position, faillissent souvent à la tâche dans ce nouveau contexte. Malgré une gamme de capteur 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 très néfaste.
 
 
 
 
 
Le concept d'actionneur proposé permet d'éliminer ces limitations. Par l'utilisation d'un mécanisme différentiel et de freins magnétorhéologiques, l'ADDR transforme un module moto-réducteur classique en une source de force qui peut être asservi pour reproduire la dynamique d'interaction choisie.
 
 
 
 
 
Les avantages incluent une sécurité et une robustesse accrue à cause de la très faible inertie et de la très faible friction friction. Dans un contexte plus traditionnel, l'inertie extrêmement faible combiné à un jeu nul de la sortie et à une grande diminution des non-linéarités permettent des accélérations et décélérations plus rapides et un positionnement plus précis permettant un gain substantiel en productivité et en qualité. Dans tous les cas, la possibilité de contrôler la dynamique d'interaction (force-position) de façon sécuritaire, robuste, polyvalente et performante ouvre la porte à de nombreuses possibilités.</french>
 
  
 
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Revision as of 12:23, 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 has 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 configurations enables the DDRA to act as a high bandwith, 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 ineractions. 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.



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.


DR2 prototype compact 1.jpg

Power rating

90W

Nominal torque

10 Nm

Maximum torque

20 Nm

Inertia

1.2e-4 kg.m^2

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


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