Sériová elasticita: měkkost schválně
Konstruktérský instinkt říká: mezi motorem a zátěží má být co nejtužší spojení. U robotu, který má ovládat sílu a ne polohu, je ten instinkt špatně — a Pratt s Williamsonem to v roce 1995 pojmenovali: dát tam pružinu schválně.
Proč
| Co se získá | Proč |
|---|---|
| Síla se měří polohou | F = k·x, a polohu umí převodovka změřit přesně, kdežto sílu ne — tření a vůle ji rozmažou |
| Ráz neprojde | pružina je dolní propust; špičková síla je ohraničená √(2Ek), ne nárazem |
| Nižší redukovaná setrvačnost | zátěž „nevidí“ setrvačnost motoru okamžitě, ale přes pružinu |
| Stabilita v dotyku | měkké rozhraní nemá s čím rezonovat, když regulátor drží nulovou tuhost |
| Ukládá energii | u chůze a skoku se z ní dá vrátit značná část práce |
A za co
Za jednu jedinou věc — a je to ta, kvůli které se to celé musí počítat:
Měkčí pružina čte sílu jemněji a odpovídá pomaleji. Čtyřikrát měkčí pružina dá čtyřikrát jemnější rozlišení a dvakrát nižší šířku pásma. Tuhost je jediný knoflík a otáčí obojím naráz — nedá se tedy optimalizovat jedno, aniž by se zaplatilo druhým.
Čtyřikrát měkčí pružina by dala rozlišení 0,15 N (čtyřikrát jemnější) a pásmo 12,3 Hz (dvakrát nižší) — a špičkovou sílu při rázu 490 N místo 980. Tuhost je jediný knoflík a otáčí třemi věcmi naráz. Proto se u SEA nenavrhuje „nejlepší“ pružina, ale nejlacinější kompromis pro danou úlohu: chůze snese měkkou, obrábění ne.
Jak se to rozhoduje v praxi
Ne hledáním optima, ale zadáním, co je potřeba: jaké nejmenší síly se mají rozlišit a jak rychle se má síla měnit. Z prvního vyjde horní mez tuhosti, z druhého dolní. Když se ty dvě meze překříží, úloha nemá řešení s jednou pružinou a je potřeba buď lepší snímač, nebo lehčí motor — a to jsou dvě věci, které se dají koupit, kdežto tuhost je kompromis.
Kde to sedí v akademii. ServoLab tuhle pružinu vidí z druhé strany: jako dvouhmotový systém s antirezonancí a rezonancí, které mu srazí strop regulátoru. Obojí je táž soustava; SpringLab říká, jakou pružinu vyrobit, ServoLab co si s ní pak počít.