The complexity of robot dynamics often pertains to the hybrid nature of dynamics, where governing dynamic equations consist of heterogenous equations that are switched depending on the state of the system. Legged robots and manipulator robots experience contact-noncontact discrete transitions, causing switching of governing equations. Analysis of these robot systems have been a challenge due to the lack of a global, unified model that is amenable to analysis of the global behaviors. Composition operator theory has the potential to provide a global, unified representation of those heterogenous dynamical systems. It is expected that, if the theory is applicable, those fundamentally challenging robotics systems can be treated as linear dynamical systems in a lifted space. The current work addresses under which conditions a unified linear representation exists in a global sense for a class of heterogenous dynamical systems and how the theory can be applied to those robotics problems. First, a kernel representation of composition operators is obtained, and conditions required for converting the kernel representation to a linear state transition equation are established. This analysis results in an algorithm to convert a class of heterogenous systems including hybrid and switched systems directly to a global, unified linear model. Unlike prevalent data-driven methods and Dynamic Mode Decomposition, where results can vary depending on numerical data, the proposed method does not require numerical simulation of the original dynamics. The implication of the new method and its impact upon robotics are discussed. A few examples validate and demonstrate the method.


翻译:机器人动态的复杂性往往与动态的混合性质有关,其中管理动态方程式的动态方程式由不同方程式组成,这些方程式的变异性取决于系统的状况。制成的机器人和操纵机器人经历着接触-非接触互不相干的过渡,导致治理方程的转换。对这些机器人系统的分析是一个挑战,因为缺乏一个全球统一的模式,便于分析全球行为。组成操作员理论有可能为这些异质动态系统提供一个全球统一的代表性。如果理论适用,那么这些具有根本挑战性的机器人系统可以在一个宽广的空间作为线性动态系统对待。目前的工作地址显示,全球范围内存在统一的线性代表系统,导致对各种异质性动态系统进行转换。首先,获得组成操作员的内核代表制,并具备将这些内核代表制转换为直线性国家转型方程式的必要条件。这一分析的结果是将一组具有根本挑战性的系统转换为直线性动态系统,包括混合和转换为线性动态系统,在提升的空间。目前的工作地址地址是统一的线性代表,在一种全球范围上存在统一的线性数据格式上,需要一种驱动的原始数据格式的模型。

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