充氣桁架機器人的容錯與剛度保持控制

充氣機器人桁架因其高強度重量比、大幅度形狀變化能力和可重構性，適用於多種任務和環境。然而，電機故障會嚴重限制其操作能力。本文提出了一種容錯控制框架，即使部分電機失效，也能維持桁架功能。該框架包含三個關鍵貢獻。首先，透過引入等式約束擴充套件運動學最佳化，確保故障執行器不被使用，從而處理任意組合的電機故障。其次，引入離散時間控制障礙函式（DTCBF）約束，從數學上保證結構剛度，同時最大化工作空間利用率，這對離散時間控制下的桁架機器人可靠執行至關重要。最後，利用機載編碼器反饋和基於正向運動學的狀態估計實現閉環位置控制，提高了存在擾動時位置精度。研究團隊在2D等周桁架實驗臺上進行了模擬和硬體實驗。對於具有6個執行器的2D配置，單電機故障下保留了超過69%的工作空間，閉環控制使跟蹤精度提升超過25%。這些結果為在退化驅動下執行更魯棒、更具彈性的等周桁架機器人奠定了基礎。作者為James Wade等人，論文於2026年5月19日提交至arXiv，主題為機器人學。該研究透過引入等式約束處理任意電機故障組合，不同於以往僅針對特定故障模式的方法。DTCBF的引入確保了即使在工作空間最大化時，結構剛度也能得到數學保證。閉環位置控制則利用編碼器即時反饋，彌補了純開環控制對外部擾動敏感的不足。實驗採用2D等周桁架，包含6個線性執行器，模擬了單一電機完全失效的場景。結果顯示，儘管失去一個執行器，桁架仍能覆蓋原工作空間的69%以上，且末端執行器的軌跡跟蹤誤差降低了超過25%。這些成果為未來在太空、救災等高風險環境中應用充氣桁架機器人提供了技術基礎。