Locomotion Dynamics of an Underactuated Three-Link Robotic Vehicle

要約

車輪付き 3 リンク ヘビ ロボットは、非ホロノミック制約を使用してモデル化された非作動システムのよく知られた例であり、車輪の横滑り (スキッド) を防ぎます。
運動学的に制御される構成では、両方の関節角度が位相シフトされた周期的入力として直接規定されると想定されます。
ロボットの別の構成では、1 つの関節のみが周期的に作動し、2 番目の関節は粘弾性ねじりバネによって受動的に制御されます。
私たちの研究では、車輪付きロボットの 2 つの構成を構築し、異なる作動入力の下で動作実験を実施しました。
運動追跡測定の分析により、標準的な非ホロノミック モデルで使用される仮定とは対照的に、かなりの量の車輪のスキッドが明らかになります。
したがって、転がり抵抗だけでなく、車輪のスキッド力や粘性摩擦力を含む修正動的モデルを提案します。
パラメータフィッティング後、これらの動的モデルは、平均速度および周期ごとの正味変位に対する入力周波数の影響を含む、運動測定値と良好な一致に達します。
これは、車輪のスキッドと摩擦をシステムのモデルに組み込むことの重要性を示しています。

要約(オリジナル)

The wheeled three-link snake robot is a well-known example of an underactuated system modelled using nonholonomic constraints, preventing lateral slippage (skid) of the wheels. A kinematically controlled configuration assumes that both joint angles are directly prescribed as phase-shifted periodic input. In another configuration of the robot, only one joint is periodically actuated while the second joint is passively governed by a visco-elastic torsion spring. In our work, we constructed the two configurations of the wheeled robot and conducted motion experiments under different actuation inputs. Analysis of the motion tracking measurements reveals a significant amount of wheels’ skid, in contrast to the assumptions used in standard nonholonomic models. Therefore, we propose modified dynamic models which include wheels’ skid and viscous friction forces, as well as rolling resistance. After parameter fitting, these dynamic models reach good agreement with the motion measurements, including effects of input’s frequency on the mean speed and net displacement per period. This illustrates the importance of incorporating wheels’ skid and friction into the system’s model.

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