基于振荡抑制的可微分平坦欠受控平面机器人最优控制
机器人学
2026-04-21 v2
摘要
欠受控机器人以超过执行器数量的自由度为特征，若其设计具有特定的质量分布，可通过微分平坦理论进行控制。这种结构特性使开发轻量且成本效益高的机器人系统成为可能，具有增强的灵活性。然而，关键挑战在于控制被动关节，这需要对系统进行精确和全面的动态建模。为简化动态模型，尤其是针对低速轨迹，常忽略摩擦。尽管这种假设简化了分析和控制设计，但会引入末端执行器关于目标位置的残余振荡。本文探讨了利用最优控制结合微分平坦控制来改进轨迹跟踪的可能性。首先，通过形式化分析开展研究，然后通过数值仿真进行验证。结果表明，最优控制可用于规划 flat 变量，考虑不同的（二次）性能指标：控制 effort，即电机扭矩，以及所考虑的欠受控关节的势能。此外，势能的最小化可用于设计对欠受控关节刚度和阻尼变化具有鲁棒性的运动律，从而减少在刚度/阻尼不匹配情况下出现的振荡。
引用
@article{arxiv.2603.15528,
title = {Optimal control of differentially flat underactuated planar robots in the perspective of oscillation mitigation},
author = {Stefano Lovato and Michele Tonan and Matteo Bottin and Matteo Massaro and Alberto Doria and Giulio Rosati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.15528},
year = {2026}
}
备注
Accepted to European Control Conference (ECC 2026)