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可变拓扑桁架系统的物体操纵
Object Manipulation of the Variable Topology Truss system

作者: Andrew Jang-Ho Bae, Myeongjin Choi, Haorui Li 等5人
arXiv: 2605.13086v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
本文提出了一种针对可变拓扑桁架系统(VTT)的操作策略,该系统是一种由被动球铰连接的驱动桁架构件构成的桁架机器人。尽管桁架机器人最初被提出作为快速部署操作器,但其操作策略尚未得到深入研究。为了实现操作功能,我们引入了一种混合控制框架,该框架无需显式解耦即可同时调节位置与力。在作动器层面,每个构件采用基于传感器的力反馈控制器,以克服高作动器摩擦产生期望的轴向力。在任务层面,通过使用VTT静力模型计算所需构件力,从而生成施加于末端执行器节点上的力。我们通过单构件模块和完整VTT系统的实验评估了力跟踪性能。最后,利用两种典型构型演示了物体操作,并定量评估了位置与力的联合跟踪性能。实验结果证实,所提方法能够实现VTT系统的一致可靠物体操作。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 解决**可变拓扑桁架(VTT, Variable Topology Truss)** 系统的物体操控问题,该领域研究尚不充分。 - 桁架机器人最初被提出作为快速部署的机械臂,但其操控策略缺乏系统研究。 - 背景:VTT由通过被动球铰连接的驱动桁架构件组成,需要一种有效的方法来执行物体操控任务。
🔧 核心方法
- 提出**混合控制框架(hybrid control framework)**,同时调节位置和力,无需显式解耦。 - 执行器级:每个构件采用**基于传感器的力反馈控制器(sensor-based force feedback controller)**,克服高摩擦产生期望轴向力。 - 任务级:利用VTT的**静态模型(static model)** 计算所需构件力,从而生成末端执行器节点处的作用力。
💡 核心创新
- **首创性**:首次为VTT系统设计并实现完整的物体操控策略,填补了该方向的研究空白。 - **混合控制**:提出位置与力的并行控制方法,避免了传统力学分解中的显式解耦步骤。 - **克服高摩擦**:在执行器层面设计力反馈控制器,有效应对高摩擦对力跟踪的干扰。 - **实验验证**:通过单构件模块和完整VTT系统实验,以及两种代表构型下的操控演示,验证了方法的实用性和可靠性。
🏆 总体贡献
- 为**可变拓扑桁架(VTT)系统** 提供了一种可行的物体操控范式,拓展了其作为机器人的应用场景。 - 提出的混合控制框架可普适用于其他具有类似构型的**并联/桁架机器人(parallel/truss robot)**。 - 通过定量评估位置与力跟踪性能,为后续研究提供了基准和实验依据。