一种仿人机器人踝关节优化设计框架
机器人学
2025-09-23 v1
摘要
仿人机器人踝关节的设计对于安全高效的地面交互至关重要。机械柔顺性和电机质量分布等关键因素推动了并联机构架构的采用。然而，选择最优配置取决于执行器的可用性和任务需求。我们提出了一种用于并联踝关节机构设计与评估的统一方法。通过多目标优化综合机构几何形状，使用一个标量成本函数聚合关键性能指标来评估所得解，以进行跨架构比较。我们重点关注两种代表性架构：球面-棱柱-万向节（SPU）和转动-球面-万向节（RSU）。对于这两种架构，我们求解了运动学，并为RSU引入了一种参数化方法，以确保工作空间可行性并加速优化。我们通过重新设计一个现有仿人机器人的踝关节来验证我们的方法。优化后的RSU始终优于原始串联设计和传统设计的RSU，成本函数分别降低了高达41%和14%。
引用
@article{arxiv.2509.16469,
title = {A Framework for Optimal Ankle Design of Humanoid Robots},
author = {Guglielmo Cervettini and Roberto Mauceri and Alex Coppola and Fabio Bergonti and Luca Fiorio and Marco Maggiali and Daniele Pucci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.16469},
year = {2025}
}
备注
This paper has been accepted for publication at the 2025 IEEE-RAS 24th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), Seoul, 2025