被动冗余度空间机器人运动优化与‘准自运动’策略

"该文分析了被动冗余度空间机器人在运动学规划中的问题，探讨了主被动关节间的运动学耦合，提出了耦合指标，并针对被动冗余度机器人的运动学奇异点进行了研究，与全主动关节冗余度机器人的奇异点进行了对比。文中还介绍了如何利用‘准自运动’优化控制被动冗余度空间机器人，通过实例仿真验证了理论分析的正确性。" 在机器人技术领域，运动规划是至关重要的一个环节，尤其是在涉及到冗余度的机器人系统时。"被动冗余度"机器人是指具有未配备驱动部件的关节，这类机器人在微重力环境下如空间站中具有显著优势，能够减轻整体重量，降低能量消耗。然而，被动冗余关节也引入了运动学上的挑战，因为它涉及到主被动关节之间的复杂耦合关系。 文章指出，被动冗余度空间机器人与全主动关节冗余度机器人的主要区别在于，前者只能实现"准自运动"，即接近全主动关节机器人的自运动的最佳逼近。在运动学规划中，"自运动"能够让机器人在执行任务的同时避免奇异位形，提高可操作性。而被动冗余度机器人由于存在被动关节，不能完全自主控制所有关节，因此只能通过"准自运动"优化其运动路径。 为了分析这种机器人系统的运动学特性，作者提出了耦合指标，用于评估主被动关节间的相互影响。同时，他们深入研究了被动冗余度机器人的运动学奇异点，这是机器人运动规划中必须避免的区域，因为奇异点会导致机器人性能急剧下降，甚至无法执行任务。与全主动关节冗余度机器人的奇异点相比，被动冗余度机器人的奇异点处理更具挑战性。 为了解决这个问题，论文提出了最佳最小二乘运动学优化方程，通过"准自运动"策略来优化控制被动冗余度空间机器人，以达到避免奇异点并提高可操作性的目标。通过仿真实验，验证了这一方法的有效性，实验结果表明，即使在被动冗余条件下，也能实现有效的轨迹跟踪和优化控制。 总结来说，这篇文章详细阐述了被动冗余度空间机器人的运动学特性，特别是如何利用"准自运动"规避奇异点，优化机器人性能。这些研究成果对于理解和改进空间机器人设计，尤其是那些在微重力环境下的应用，具有重要的理论和实践价值。