零扰动流形上的浮基操纵
机器人学
2023-07-06 v1
摘要
为在浮基系统上实现高灵巧度运动规划,必须谨慎处理由手臂运动引起的基座动力学。一般而言,由于手臂运动直接施加于基座的力与力矩(例如低雷诺环境中的手臂拖曳与高雷诺环境中的手臂动量),在任务执行期间建立固定基座坐标系是重大挑战。尽管推进器理论上可用于调节载体位姿,但无论源于欠驱动、建模误差、次优控制参数还是功率不足,往往不足以建立稳定位姿以进行精确任务。我们提出一种方案:通过规划引起基座零扰动的手臂运动,令推进器减少高带宽扰动修正。借助将浮基动力学表示为关于关节速度的普法夫约束,我们能够将运动规划器构建为非完整快速扩展随机树(RRT)。这些约束引导操纵器在零扰动流形(居于内构型空间切空间之子空间)上运动。为调用此表示(称为\textit{扰动映射}),我们假设基座的体速度(扰动)为关节速度由关节定义的线性映射,并描述该假设现实可行的情形(包括水下、空中与轨道环境)。本工作的核心洞见是:当浮基扰动关于关节速度具有仿射结构时,系统获得一类运动学约简,可使用基于采样的运动规划器(特指非完整RRT)。我们表明,这允许在障碍密集环境中对高自由度系统实现快速的、面向探索的运动规划,即便在具有非平凡动力学的浮基系统上亦然。
引用
@article{arxiv.2307.02383,
title = {Floating-base manipulation on zero-perturbation manifolds},
author = {Brian A. Bittner and Jason Reid and Kevin C. Wolfe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.02383},
year = {2023}
}