Traditionally, robots are regarded as universal motion generation machines. They are designed mainly by kinematics considerations while the desired dynamics is imposed by strong actuators and high-rate control loops. As an alternative, one can first consider the robot's intrinsic dynamics and optimize it in accordance with the desired tasks. Therefore, one needs to better understand intrinsic, uncontrolled dynamics of robotic systems. In this paper we focus on periodic orbits, as fundamental dynamic properties with many practical applications. Algebraic topology and differential geometry provide some fundamental statements about existence of periodic orbits. As an example, we present periodic orbits of the simplest multi-body system: the double-pendulum in gravity. This simple system already displays a rich variety of periodic orbits. We classify these into three classes: toroidal orbits, disk orbits and nonlinear normal modes. Some of these we found by geometrical insights and some by numerical simulation and sampling.


翻译:传统上,机器人被视为通用的动能生成机器,其设计主要是动态学的考虑,而理想的动态则由强力的驱动器和高速控制环施加。作为一种替代办法,人们可以首先考虑机器人的内在动态,并根据预期任务优化机器人的内在动态。因此,人们需要更好地理解机器人系统的内在、不受控制的动态。在本文中,我们侧重于周期轨道,作为具有许多实际应用的基本动态特性。代数地形学和差分几何提供了存在周期轨道的一些基本说明。举例来说,我们介绍了最简单的多体系统的周期轨道:重力中的双弹道。这一简单系统已经展示了多种周期轨道。我们将这些轨道分为三类:机器人轨道、磁盘轨道和非线性正常模式。我们通过几何洞察和数字模拟和取样发现了其中一些。

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