MineRobot：面向虚拟环境中地下采矿机器人运动学建模与求解的统一框架
图形学
2026-03-24 v1 机器人学
摘要
地下采矿机器人正在虚拟环境中进行训练、规划和数字孪生应用，其可靠的运动学对于避免危险的现场试验至关重要。与典型的开链工业操作臂不同，采矿机器人往往是闭链机构，由线性执行器驱动并涉及平面四杆链条，这使得运动学建模和实时求解都具有挑战性。我们提出了 \emph{MineRobot}，用于在虚拟环境中进行地下采矿机器人运动学建模与求解的统一框架。首先，我们引入了矿山机器人描述格式（MRDF），这是一种针对采矿机器人进行建模的参数化格式，原生支持执行器和环路闭合的语义。其次，我们开发了一种拓扑处理管道，将四杆子结构压缩为广义关节，并为每个执行器提取独立拓扑等价路径（ITEP），该路径被分类为四种标准类型之一。第三，利用 ITEP 的独立性，我们将按类型求解器组合成执行器中心的顺序前向运动学（FK）管道。基于相同的分解，我们将反向运动学（IK）表述为带约束的优化问题，并采用高斯-西德尔方式交替执行执行器长度更新。通过将耦合的闭环运动学转换为一系列小型拓扑感知求解，框架避免了机器人特定的手工推导，并支持高效计算。实验表明，MineRobot 提供了虚拟环境应用所需的实时性能和鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2603.22055,
title = {MineRobot: A Unified Framework for Kinematics Modeling and Solving of Underground Mining Robots in Virtual Environments},
author = {Shengzhe Hou and Xinming Lu and Tianyu Zhang and Changqing Yan and Xingli Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.22055},
year = {2026}
}