用于最大化关节型机器人任务空间可观测性的传感器可观测性分析

我们针对配备分布式方向传感器的关节型机器人，提出了一种称为传感器可观测性分析（SOA）的新性能度量。这些机器人搭载的分布式方向传感器（如关节力矩传感器）随关节运动而改变各自传感方向。SOA将关节空间中的各传感器轴变换，以提供这些传感器观测各任务空间轴的累积传感质量，类似于传感器的正运动学。例如，某些关节构型可能使关节力矩传感器对齐到无法观测一个或多个任务空间轴中相互作用力的状态。由此得到的传感器可观测性性能度量可用于优化与零空间控制中，以避免传感器可观测性奇异构型或最大化特定方向上的传感器可观测性。我们以串行机器人操纵器中的力传感这一具体情形展示该分析。我们建立了传感器可观测性与传统运动学可操作度之间的类比；SOA在分析非关节挂载传感器方面更具通用性，并有望应用于力传感以外的传感器类型。使用定制3自由度机器人与Baxter机器人的仿真与实验证明了传感器可观测性在物理交互中的效用与重要性。