机器人能否像人类一样,在关节损伤之后对运动姿态自主调控实现自我保护,防止损伤进一步恶化,是机器人在外太空等无人值守环境下可靠运行的基础保障。本文针对机器人的自保护需求,提出了一种“运动代偿+主动降载”的主动自保护控制策略。不同于传统的容错控制仅仅关注机器人末端运行轨迹和定位精度,本研究聚焦于机器人本体的健康状态,旨在通过合理调控受损关节的运动姿态和输出力矩避免损伤恶化。为实现以上目标,首先引入健康因子量化受损关节的力矩承载容限,然后提出一种三层控制架构:第一层通过加权伪逆与零空间重构技术,将运动任务主动分配给健康关节,实现受损关节的“运动代偿”;第二层采用线性时变模型预测控制,通过对非线性动力学进行序列线性化,将健康因子映射为硬性动力学约束,在物理层面实现受损关节的“主动降载”;第三层采用基于动力学前馈的闭环反馈机制,确保优化指令的精确执行。仿真结果表明,该策略在关节受损导致承载力仅为原来的30%的情况下,不仅保证了机器人完成既定运行轨迹,更严格将受损关节力矩限制在安全容限内,防止关节损伤的进一步恶化,保障了机器人带病服役状态下的运行可靠性。
Li et al. (Sun,) studied this question.