21、工业机器人可靠的点对点时间最优未安装物体处理

工业机器人可靠的点对点时间最优未安装物体处理

1. 引言

在工厂自动化中，工业机器人对物体的操作是核心任务。理想情况下，处理过程涉及对刚性抓取的刚体的操作，稳定抓取待操作部件是关键要素。近年来，研究不仅关注抓取柔性物体的问题，还聚焦于处理未刚性固定在机器人上的刚性物体这一具有更高实际相关性的问题。这些物体通过吸力夹具等方式“固定”在机器人末端执行器（EE）上，或者松散地放置在容器或固定装置中，依靠力封闭实现固定。

例如，使用吸力夹具时，吸力将部件推向末端执行器，由于摩擦产生切向力；而对于松散放置的部件，净法向力仅由重力和末端执行器加速度产生。这种操作类似于服务员的工作，即尽可能快地将放在托盘上的杯子、盘子等从厨房运到顾客桌上，因此被称为“服务员运动问题”。

过去，这个问题常被简化为时间最优路径跟踪问题，假设末端执行器的几何路径是预先规定的。这种方法限制了灵活性和整体任务效率，还需要手动教导路径。为了充分发挥机器人的能力并确保其灵活性，现实的服务员运动问题应是点对点（PtP）最优控制问题。

2. 相关研究方法回顾

过去解决服务员运动问题的方法有多种：
- 数值积分法 ：在某些研究中，使用数值积分方法确定从最大加速到减速的最佳切换点，但会导致驱动扭矩在最大值和最小值之间交替的“bang - bang”控制。
- 动态规划法 ：有研究使用动态规划方法解决路径跟踪问题，并报告了实际系统在物理极限下运行的实验结果，但同样存在“bang - bang”控制的问题。
- 凸规划法 ：一些研究采用凸规划方法，规