← 返回论文列表

柔顺非抓握式推动操作
Compliant Non-Prehensile Pushing Manipulation

作者: Francesco Cufino, Mario Selvaggio, Fabio Amadio 等4人
arXiv: 2605.25672v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
在本文中,我们探讨了利用柔顺机器人操作系统执行非抓取推操作的挑战。为确保在人机共存环境中安全操作,机器人必须能够顺从外部物理交互并展现被动行为。为此,我们扩展了最先进的推操作模型,将其与阻抗控制机器人集成。基于该模型,我们开发了一个模型预测控制框架,通过最优调节机器人的位置/速度设定点,实现柔顺推操作,同时协调所需推力和接触点适应以获得期望的对象运动。然而,外部交互可能引发跟踪误差,导致推力的潜在无限增长。为预防此问题,我们集成了一种能量罐无源性滤波器,该滤波器进一步调节机器人速度设定点以保证无源性,避免不受控制的能量积累。所提方法在仿真中经过严格测试,并通过两个不同机器人系统的实验验证,展示了人机交互中的被动柔顺性,同时评估了轨迹跟踪性能及对对象物理参数变化的鲁棒性。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 解决在人类共存环境中执行**非抓取推操作(non-prehensile pushing)** 的安全性问题 - 机器人需要具备**柔顺(compliance)** 特性,以应对外部物理交互并表现出被动行为 - 现有**推模型(pushing model)** 仅用于规划,未考虑与柔顺控制的集成,导致人机交互时存在安全隐患
🔧 核心方法
- 扩展**最先进的推模型(state-of-the-art pushing model)**,将其集成到**阻抗控制(impedance control)** 机器人中 - 开发基于该模型的**模型预测控制(model predictive control, MPC)** 框架,通过最优调制机器人的**位置/速度设定点(position/velocity set-point)** 实现柔顺推操作 - 集成**能量罐无源滤波器(energy tank passivity filter)**,进一步调制机器人速度设定点,保证**无源性(passivity)** 并防止能量失控累积
💡 核心创新
- **首次** 将**非抓取推操作** 与**阻抗控制** 结合,通过MPC实现推力和接触点协同调节 - **无源性保证**:引入能量罐滤波器,防止因外部干扰导致推力的无限增加,确保**接触稳定性(contact stability)** - **跨平台验证**:在两种不同机器人系统上进行实验,验证了方法在**轨迹跟踪性能(trajectory tracking performance)** 和**对物体物理参数变化的鲁棒性(robustness)**
🏆 总体贡献
- 为**人机共融环境中的非抓取操作** 提供了安全、柔顺的**控制框架** - 提出的**MPC+能量罐** 方案实现了推操作中**被动柔顺(passive compliance)** 与**跟踪精度** 的平衡 - 开源实验数据与模型,促进**柔顺操控** 领域后续研究与应用