关节尾部增强三维身体旋转的控制能力

作为惯性附件的尾巴会引发动物和机器人身体的旋转，这一现象主要由身体与尾巴的惯性矩比例决定。然而，脊椎动物的尾巴具有更多自由度（例如关节数量、旋转轴数），超过了大多数现有理论模型和机器人尾巴。为理解形态如何影响惯性附件的功能，我们发展了一种基于优化的方法，以寻找最大有效尾巴轨迹并衡量其与目标轨迹之间的误差。对于等长等质量的尾巴，增加等长关节的数量会增加最大有效尾巴运动的复杂度。当我们在保持总尾巴长度、质量和关节数量不变的前提下，对尾巴骨头的相对长度进行优化时，这种基于优化的方法发现，尾巴骨头的长度匹配了专为惯性机动专门化的哺乳动物尾巴骨头模式。在两种实验中，增加关节数量提升了惯性附件的性能，但由于总控制 effort 约束，收益呈递减状态。这种基于优化的仿真可以用于比较在三维空间中动态变化惯性矩的各种惯性附件的最大性能，从骨骼数据预测惯性能力，并为机器人惯性附件的设计提供指导。