基于作动空间能量公式的轻量级运动学与静态建模：面向驱动连续体机器人

连续体机器人受鸟腿臂和象鼻 trunk 的启发，具备灵活性和内在顺应性，适用于非结构化和受限环境。然而，其连续可变形 morphology 为运动规划和控制带来了挑战，需要准确且轻量级的模型。我们提出 Lightweight Actuation Space Energy Modeling (LASEM) 框架，用于驱动连续体机器人，直接在作动空间对作动能进行公式化建模。LASEM 通过哈密顿原理从几何非线性梁和杆理论中推导解析前向模型，避免显式建模 cable backbone contact。它接受力和位移输入，从而统一了运动学和静态公式。假设忽略摩擦，框架可推广到非均匀几何、任意 cable routings、分布式载荷和轴向可伸缩性，同时保持实时使用的计算效率。数值仿真验证了其准确性，开发了用于逆运动学的半解析迭代方案。为解决实际机器人中的离散问题，LASEM 进一步将功能最小化重新形式化为数值优化，该方法自然包含 cable potential energy，无需显式接触建模。