High versatility and flexibility of robotic systems require kinematic structures with many degrees of freedom. This usually renders the system kinematically redundant, i.e., its maneuvers are not fully determined by the main manipulation or interaction task. Additional constraints or objectives are required to solve the under-determined control and planning problems. The state-of-the-art approaches involve arranging tasks in a hierarchy and decoupling lower from higher priority tasks on velocity or torque level. Velocities and torques are elements of vector and covector spaces, respectively, and thus the approaches are inherently based on linear algebra tools. In this paper, we develop an approach to redundancy resolution and decoupling on position level. That requires moving from vector spaces and linear algebra to manifolds and differential geometry. We propose to determine, in addition to the task forward kinematics, another set of coordinate functions. The Jacobian of those functions shall resemble the conditions known from the linear algebra-based velocity- and torque-level decoupling to the best extent possible. The approach provides a better insight into the topological properties of robot kinematics and control problems, allowing a more global geometrical view. Quasi-decoupled coordinates can help to avoid or diminish some practical and theoretical difficulties related to the classical projection approaches at the cost of higher offline computational efforts. A condition for the existence of these coordinates is derived. If the condition is not satisfied, one can still find approximate solutions by numerical optimization. Finally, we show simulation results for both, trajectory tracking and classical impedance control.


翻译:机器人系统的高度多变性和灵活性需要具有多种自由度的运动结构,这通常使系统在运动上变得多余,即其动作并非完全取决于主要操纵或互动任务。解决确定不足的控制和规划问题需要额外的制约或目标。最先进的方法涉及在层次上安排任务,从速度或托盘水平的较优先任务脱钩。速度和托盘分别是矢量和covecl空间的要素,因此这些方法必然以线性代数工具为基础。在本文中,我们开发了一种裁员解析和定位水平脱钩的方法。这需要从矢量空间和线性代数偏差的控制和规划问题。我们提议,除了前向运动外,还要确定另一套协调功能。这些功能的雅各布人应类似于基于线性代数的速度和科数空间的已知条件,因此,这些方法必须基于直线性代数的代数工具。在本文件中,我们开发一种方法,即裁量解裁量和分解位置的调法方法,而不是在位置上进行更精确的计算结果,因此,一种方法可以更精确地计算结果的精确地测算结果,可以显示一种精确的精确的测算结果。

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