航空制造技术挑战与创新解决方案 - 航空制造领域面临弱刚度和变刚度工件精密磨抛的技术挑战，核心制约因素为力控系统的精度与稳定性，直接影响材料去除均匀性和表面完整性 [1] - 传统刚性末端执行器缺乏柔顺性导致接触力波动，柔性末端执行器因固定刚度特性难以应对复杂几何特征和时变刚度工况 [1] - 现有电磁变刚度执行器存在三大局限：电磁弹簧非线性导致工作行程不足、力-刚度耦合效应、电磁结构参数优化困难 [1] EMVSA创新设计与核心技术 - 华中科技大学团队设计新型电磁驱动变刚度力控执行器（EMVSA），采用双模块架构实现力与刚度解耦控制，LM模块负责力控制，EVSS模块实现±15mm大行程线性刚度调节 [2][6][7] - 建立精确磁场数值模型，提出电磁参数物理可行联合优化方法，优化23个关键参数，LM输出力常数提升14.89%，EVSS刚度系数常数提升27.12% [4][24][26] - 创新采用平面Halbach阵列设计EVSS模块，优化11个电磁参数构建非均匀磁场，刚度系数线性度达0.9991 [13][26][27] EMVSA性能验证与实验结果 - 样机测试显示LM模块输出力常数23.22N/A（误差1.28%），EVSS刚度系数常数1.34N/(A·mm)，模块间磁场耦合可忽略且温控稳定 [27][37][39] - 机器人磨抛实验中，EMVSA实现0.03324N平均磨抛力误差，较串联弹性驱动器力控精度提升60.49%，材料去除精度提高74.76%，表面粗糙度降低59.12% [5][46] - 残差加权平均滤波算法有效解决刚度估计噪声问题，自适应刚度估计方法在5Hz噪声下仍保持稳定性能 [32][35] 控制系统与工程应用价值 - 开发非线性PI控制策略提升LM模块力响应鲁棒性，基于Lyapunov函数的环境刚度估计方法实现动态匹配 [31][32] - 控制系统仿真验证显示在刚度连续/阶跃变化及噪声干扰下均保持高鲁棒性，临界阻尼比控制律有效抑制系统振荡 [33][35] - 研究成果发表于《International Journal of Robotics Research》，为机器人精密力控加工提供创新解决方案 [5][50]