基于物理浪涌计算的电缆驱动软体操作机姿态估计——利用内在动力学
机器人学
2025-09-23 v1
摘要
电缆驱动软体操作机在非结构化环境中具有巨大的潜力，能够实现障碍规避、多方向力应用和轻量化设计。通过将所有电机和传感器置于基座并采用塑料连杆，可进一步降低机臂的重量。为验证这一概念，我们开发了一个具有9自由度、臂长545 mm、总质量仅308 g的电缆驱动软体操作机。然而，这一设计引入了柔性引起的变数，包括电缆松弛、拉伸和连杆变形。这些变数导致分析预测值与实际连杆位置之间存在差异，使得姿态估计更加困难。为解决这一挑战，我们提出一种基于物理浪涌计算的姿态估计方法，利用操作机的内在非线性动力学作为高维储存介质。实验结果表明，我们的方法在姿态误差上仅为4.3 mm，相较于基线长短期记忆网络的4.4 mm以及解析方法的39.5 mm具有显著优势。该工作为在轻量化电缆驱动软体操作机中利用其内在动力学开展控制与感知策略提供了新思路。
引用
@article{arxiv.2509.17308,
title = {Pose Estimation of a Cable-Driven Serpentine Manipulator Utilizing Intrinsic Dynamics via Physical Reservoir Computing},
author = {Kazutoshi Tanaka and Tomoya Takahashi and Masashi Hamaya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.17308},
year = {2025}
}
备注
9 pages, 7 figures. Accepted at IROS 2025. This is the preprint version