欠驱动机构的低输入精确周期运动：质量分布与非线性弹簧整形

本文针对一种2自由度欠驱动机械系统，提出了一种面向控制的结构设计方法，旨在使末端执行器产生最优振荡行为。为获得期望的周期运动，我们提出通过调整机构的质量分布和非线性弹簧的特性来改变机构的动态响应。具体而言，我们引入了一种两步优化策略，以整形通过输入-输出线性化得到的系统零动态。该过程的第一部分旨在通过优化机构的质量分布来最小化输入力矩的均方根值。在此背景下，我们表明，假设能够设计任意形状的系统弹性特性，则可实现与期望轨迹的完美匹配。然后，为了有利于结构更简单的物理实现，我们将第二步优化致力于对先前定义的刚度特性进行分段线性近似。所提方法最终在详细的数值仿真中进行了测试，证实了其在生成复杂且高效的周期运动方面的有效性。