超冗余软体机械臂的实时柔顺与位置控制

在非结构化或部分不可观测环境中工作的机器人必须将精确运动与能够被动纠正接触错位的物理柔顺性相结合。软体机器人提供了这种柔顺性，但在精确控制其末端柔顺性和位置方面一直存在困难。本文提出了一种围绕该控制问题设计的机器人架构：一个7连杆臂，其六个关节提供十二个独立驱动的转动轴，每个轴由一对拮抗气动肌肉驱动，因此每个轴可以同时改变其角度并线性调整其刚度。刚性铰接骨架使臂的末端柔顺性和位置可预测到足以实时定量指令控制。该机器人采用统一的迭代逆运动学和逆柔顺控制器，以实现柔顺性和位置的同步定量控制。任务空间柔顺性和运动学模型以及控制律在物理臂和匹配的仿真中得到了推导和验证。然后使用仿真来研究相同框架如何扩展到其他臂形态。最后，该臂展示了对于刚性和软体机械臂都具有挑战性的任务：在移动白板上书写时抑制干扰，以及在钥匙插入和抽屉打开任务中被动纠正隐藏的错位。这些任务在如此简单的控制器下成功完成，证明了这种算法信息驱动的结构设计的优势。