Object Manipulation of the Variable Topology Truss system
作者: Andrew Jang-Ho Bae, Myeongjin Choi, Haorui Li, Mark Yim, TaeWon Seo
分类: cs.RO
发布日期: 2026-05-13
备注: 15 pages, 14 figures
💡 一句话要点
针对变胞桁架系统的混合控制物体操作策略
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 变胞桁架 桁架机器人 物体操作 混合控制 力反馈控制
📋 核心要点
- 现有桁架机器人的操作策略研究不足，难以实现精确的物体操作。
- 提出一种混合控制框架，无需解耦即可同时控制位置和力，实现精确操作。
- 实验验证了该方法在单个杆件和完整系统上的力跟踪性能，并展示了物体操作能力。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种针对变胞桁架(VTT)系统的物体操作策略。该系统是一种由被动球形关节连接的、由驱动桁架杆件组成的桁架机器人。尽管桁架机器人最初被提出作为快速部署的机械臂，但对其操作策略的研究尚不充分。为了实现操作，我们引入了一种混合控制框架，该框架在没有显式解耦的情况下同时调节位置和力。在执行器层面，每个杆件采用基于传感器的力反馈控制器，以克服高执行器摩擦力，从而产生所需的轴向力。在任务层面，通过使用VTT的静态模型计算所需的杆件力来产生作用在末端执行器节点上的力。我们通过对单个杆件模块和完整的VTT系统进行实验来评估力跟踪性能。最后，我们使用两种代表性配置演示了物体操作，并定量评估了组合的位置和力跟踪性能。实验结果证实，所提出的方法能够使用VTT系统进行一致且可靠的物体操作。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决变胞桁架(VTT)系统的物体操作问题。现有的桁架机器人操作策略研究不足，难以实现精确的位置和力控制，尤其是在存在高执行器摩擦力的情况下，难以保证操作的稳定性和可靠性。
核心思路：论文的核心思路是采用一种混合控制框架，该框架能够在没有显式解耦的情况下同时调节位置和力。通过在执行器层面引入力反馈控制，克服执行器摩擦力，保证杆件能够产生精确的轴向力。在任务层面，利用VTT的静态模型计算所需的杆件力，从而实现对末端执行器节点的作用力控制。
技术框架：整体框架包含两个主要层面：执行器层面和任务层面。在执行器层面，每个杆件配备基于传感器的力反馈控制器，用于产生所需的轴向力。在任务层面，使用VTT的静态模型计算所需的杆件力，从而控制末端执行器节点的作用力。这两个层面协同工作，实现精确的位置和力控制。
关键创新：最重要的技术创新点在于混合控制框架的设计，它能够在没有显式解耦的情况下同时调节位置和力。这种方法避免了传统解耦控制方法可能引入的误差和复杂性，提高了控制的精度和鲁棒性。此外，基于传感器的力反馈控制能够有效克服执行器摩擦力，保证杆件能够产生精确的轴向力。
关键设计：在执行器层面，力反馈控制器的设计需要考虑执行器的摩擦特性和传感器的精度。在任务层面，VTT的静态模型需要精确建模，以保证杆件力的计算准确性。具体的参数设置和控制算法需要根据具体的VTT系统进行调整和优化。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提出的混合控制框架能够实现精确的位置和力跟踪。在单个杆件模块的实验中，力跟踪误差得到了有效控制。在完整的VTT系统上，通过物体操作实验验证了该方法的有效性，并定量评估了组合的位置和力跟踪性能。实验结果证实，该方法能够使用VTT系统进行一致且可靠的物体操作。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于需要快速部署和灵活操作的场景，例如灾难救援、太空探索和建筑施工等。变胞桁架系统具有可重构性和适应性，能够根据不同的任务需求调整自身结构，从而实现更高效的操作。未来的研究可以进一步探索更复杂的控制策略和更先进的材料，以提高VTT系统的性能和可靠性。
📄 摘要（原文）
This paper presents an object manipulation strategy for the Variable Topology Truss (VTT) system, a truss robot that comprises actuated truss members connected by passive spherical joints. Although truss robots were originally proposed as rapidly deployable manipulators, manipulation strategy has not been studied thoroughly. To enable manipulation, we introduce a hybrid control framework that regulates position and force concurrently without explicit decoupling. At the actuator level, each member employs a sensor-based force feedback controller to generate the desired axial forces despite high actuator friction. At the task level, the forces applied at the end-effector nodes are produced by computing the required member forces using a static model of the VTT. We evaluate force-tracking performance through experiments on both a single member module and the full VTT system. Finally, we demonstrate object manipulation using two representative configurations and quantitatively assess combined position and force tracking performance. Experimental results confirm that the proposed approach enables consistent and reliable object manipulation with the VTT system.