This paper presents a new kinematic model based on the Darboux-frame for motion control and planning. In this work, we show that an underactuated system as a spin-rolling sphere on a plane with three inputs and five states can be transformed into a fully-actuated model by the given Darboux-frame transformation. This nonlinear state transformation is a geometric model that is different from conventional state-space models. First, a kinematic model of the Darboux frame at the contact point of a rotating object i.e., the sphere, is established. Next, we propose a virtual surface that is trapped between sphere and plane surfaces. This virtual surface generates arc-length-based inputs for controlling the trajectories on the sphere and plane. Finally, we discuss the controllability of this new system after our introduced transformation. In the future, we will design a proper geometric path planning method for the obtained kinematic model.
翻译:本文展示了基于 Darbuux 运动控制和规划框架的一个新的运动模型。 在这项工作中, 我们显示, 一个未充分激活的系统, 是一个具有三个输入和五个状态的在平面上的旋转滚动球, 可以通过给定的 Darboux 框架变换, 转换成一个完全激活的模型。 这种非线性状态变换是一种与常规状态- 空间模型不同的几何模型。 首先, 在旋转对象( 即球) 的接触点上, 建立一个 Darbuux 框架的动态模型。 下一步, 我们提议一个虚拟表面, 位于球体和平面表面之间。 这个虚拟表面产生以弧长为基的输入, 用于控制球体和平面上的轨迹。 最后, 我们讨论这个新系统在引入变异样之后的可控性。 今后, 我们将为获得的运动模型设计一个适当的几何路径规划方法 。