跳到主要内容
AI News HubLIVE
站内改写1 分钟阅读

充气桁架机器人容错保刚性控制

文章摘要

该论文提出一种面向充气等周桁架机器人的容错控制框架,通过带等式约束的运动学优化、离散时间控制屏障函数和基于编码器反馈的闭环位置控制,在电机故障下仍保持结构刚度与工作空间。在6执行器二维配置中,单电机故障下工作空间保持率超过69%,跟踪精度提升逾25%。

来源arXiv Robotics作者: James Wade, Isaac Weaver, Mihai Stanciu, Nathan Usevitch
充气桁架机器人容错保刚性控制
报告错误

纠错通道尚未开通,可先复制下方文章信息留存。

查看更正说明
直接读正文

等周桁架机器人因高强重比、可大幅改变自身形状以及能重构为多种构型,被视为可适应不同任务与环境的机器人结构。然而在实际运行环境中,电机故障若得不到妥善处理,会严重削弱这类机器人的作业能力。论文《Fault-Tolerant, Rigidity-Preserving Control of Inflatable Truss Robots》由 James Wade 等四位作者完成,于2026年5月19日提交至 arXiv(编号 arXiv:2605.20561,分类 cs.RO),提出了一套针对充气机器人桁架的容错控制框架,目标是在电机失效条件下仍维持机器人功能。

该工作的第一项贡献是对运动学优化进行扩展。作者通过施加等式约束,确保已失效的执行器不被控制算法使用,从而使优化过程能够应对任意组合的电机故障,而不仅限于预设的单一失效模式。这使得机器人在执行器数量减少的情况下仍可继续求解可行的运动方案。

第二项贡献是引入离散时间控制屏障函数(DTCBF)约束。这类约束在数学上保证结构刚性,同时尽可能扩大可用工作空间。对于依赖离散时间控制的桁架机器人而言,刚性是可靠运行的关键要求;若在故障后为追求运动范围而牺牲刚性,结构可能失稳。DTCBF 的设计使两者得以兼顾。

第三项贡献是闭环位置控制的实现。作者利用机载编码器反馈,并结合基于前向运动学的状态估计器,在存在扰动时改善位置精度。相比开环方案,这一闭环结构能够补偿建模误差与外部干扰带来的偏差。

作者通过仿真与硬件实验在二维等周桁架测试平台上验证了上述方法。在配备6个执行器的二维配置中,单电机故障情况下工作空间保持率超过69%;采用闭环控制后,跟踪精度提升超过25%。这些结果为进一步研究在驱动能力退化条件下仍能稳健、 Resilient 运行的等周桁架机器人奠定了基础。论文附带补充材料视频,可通过 arXiv 获取 PDF、实验性 HTML 及 TeX 源码。

展开要点与分析

文章情报

研究者进阶

要点

  • 利用等式约束使故障执行器不被使用,从而处理任意组合的电机故障
  • 引入离散时间控制屏障函数约束,在最大化工作空间的同时数学保证结构刚性
  • 基于机载编码器和前向运动学状态估计器实现闭环位置控制,提升抗扰动定位精度
  • 二维6执行器测试平台验证:单电机故障下工作空间保持>69%,跟踪精度提升>25%

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。