基于驱动空间能量公式的缆索驱动连续体机器人轻量级动态建模
机器人学
2025-12-16 v1
摘要
缆索驱动连续体机器人（CDCR）需要精确、实时的动态模型以进行高速动力学预测或基于模型的控制，因此此类能力是一项迫切需求。在本文中，我们提出了适用于CDCR的轻量级驱动空间能量建模（LASEM）框架，该框架直接在驱动空间中表述驱动势能，从而实现轻量级且精确的动态建模。通过统一的变分推导，控制动力学简化为单个偏微分方程（PDE），仅需欧拉力矩平衡，同时隐式地纳入牛顿力平衡。通过避免显式计算缆索-骨架接触力，该公式简化了模型结构并提高了计算效率，同时保持了几何精度和物理一致性。重要的是，所提出的动态建模框架原生支持力输入和位移输入两种驱动模式，这是现有动力学表述中很少实现的能力。利用这种轻量级结构，结合具有约化状态解析时间域导数的Galerkin时空模态离散化，进一步实现了相对于最先进实时动态建模方法平均62.3%的计算加速。
引用
@article{arxiv.2512.13271,
title = {Lightweight Dynamic Modeling of Cable-Driven Continuum Robots Based on Actuation-Space Energy Formulation},
author = {Fangju Yang and Hang Yang and Ibrahim Alsarraj and Yuhao Wang and Ke Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.13271},
year = {2025}
}