面向冗余双臂操作机械臂的系统化机器人设计优化方法

在部署操作机器人时,确定最佳安装位置以最大化性能是一个突出且反复出现的挑战。这一挑战在高价值作物(如花果蔬菜)的复杂、杂乱农业环境中尤为突出,这些环境极大可能受益于针对其特定需求定制的机器人系统。然而,此类系统的设计仍是一个具有直觉驱动性的艰巨任务,限制了面向农民等领域专家的机器人自动化的可负担性和采纳率。为此,我们提出了四部分构成的设计优化方法论,用于自动化开发任务特定机器人系统。该框架包括:(a)机器人设计模型,(b)用于仿真的任务与环境表征,(c)任务特定性能指标,以及(d)用于细化配置的优化算法。我们通过使用两个商用冗余操作机械臂对 pepper 收获进行双臂机器人系统的优化来展示框架的有效性。为提升性能,我们引入新颖的任务指标,利用自运动流形全面刻画操作机械臂的冗余性。我们的结果表明,该框架在可达性成功率和灵活性方面实现了同步改进。具体而言,本方法在可达性成功率上优于基线方法至少提高 14%,基于我们任务特定指标的灵活性提升超过 30%。