基于几何约束的张拉整体机器人本体感知状态估计

张拉整体机器人由刚性杆和弹性索协同组装而成，形成坚固且抗冲击的结构。然而，这种设计引入了运动学和动力学上的复杂性，使得控制和状态估计变得困难。本文提出了一种新颖的张拉整体机器人本体感知状态估计器。该估计器首先利用三杆棱柱张拉整体结构的几何约束，结合IMU和电机编码器测量值，重建机器人的形状和姿态。然后，它采用接触辅助的不变扩展卡尔曼滤波器，结合正向运动学来估计张拉整体机器人的全局位置和姿态。我们在仿真环境和真实张拉整体机器人应用中，对照真值数据评估了该状态估计器的准确性。其平均漂移百分比为4.2%，与传统刚性机器人的状态估计性能相当。该状态估计器推进了张拉整体机器人状态估计的现有技术水平，并具有使用机载传感器实时运行的潜力，为张拉整体机器人在非结构化环境中实现完全自主铺平了道路。