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Comparing Approaches for Actuator Redundancy Resolution in Biarticularly-Actuated Robot Arms

机译：双关节驱动机器人手臂中执行器冗余解析的比较方法

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Biarticular actuators—actuators spanning two joints—play a fundamental role in robot arm designs based on the human musculoskeletal actuation structure. Unlike kinematic redundancy, actuator redundancy resulting from biarticular actuation brings advantages such as increased stability, reduced link inertia, and decreased nonlinearity of the end-effector force with respect to the force direction. The way the actuator redundancy is resolved is a fundamental problem, as it strongly characterizes robot arms performance. In this study, the six most significant actuation redundancy resolution approaches in the literature—1-norm, 2-norm, infinity-norm, phase different control (PDC), nonlinear hase different control (NLPDC), and linear programming (LP)—are analyzed with respect to their design, and experimentally compared with each other using BiWi, a biarticularly actuated and wire-driven robot arm. In addition, an integrated control framework to resolve actuator redundancy maximizing end-effector force and simultaneously minimizing the necessary input torques is proposed.
机译：双关节致动器（跨越两个关节的致动器）在基于人体肌肉骨骼致动结构的机器人手臂设计中起着基本作用。与运动学冗余不同，由双关节驱动产生的致动器冗余具有诸如增加稳定性，减少连杆惯性以及减小末端执行器力相对于力方向的非线性等优点。解决执行器冗余的方法是一个基本问题，因为它强烈体现了机器人手臂的性能。在这项研究中，文献中有六种最重要的致动冗余解决方法-1-范数，2-范数，无穷范数，相差控制（PDC），非线性具有不同的控制（NLPDC）和线性规划（LP）-对它们的设计进行了分析，并使用BiWi（一种双关节驱动和有线驱动的机器人手臂）进行了实验比较。此外，提出了一种集成控制框架，以解决执行器冗余问题，从而最大程度地提高端部执行器力并同时最小化必要的输入扭矩。

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