On Shaky Ground: Characterising Non-Rigid Base Effects in Mobile Manipulation
作者: Zongyuan Zhang, Christopher Lehnert, Will N. Browne, Jonathan M. Roberts
分类: cs.RO
发布日期: 2026-10-27
备注: 10 pages, 7 figures, 3 tables. Accepted at the Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA 2026)
💡 一句话要点
研究非刚性底座效应以优化移动机器人操作性能
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 移动机器人 非刚性底座 接触任务 力控制 振动分析 实验研究 性能优化
📋 核心要点
- 现有的移动机器人在执行接触任务时，非刚性底座效应导致力和运动的实现不稳定，影响任务精度。
- 本文通过结合探索性模拟与实验，研究非刚性底座效应对移动机器人操纵性能的影响，提出了新的分析框架。
- 实验结果显示，在不同底座-地面阻力条件下，工具的力实现和位移控制有显著差异，强调了综合考察的重要性。
📝 摘要（中文）
移动机器人操纵器扩展了接触任务的能力，但其底座必须承受任务产生的力。轻量平台的底座运动和支撑柔性会影响工件的力和运动。本文通过对两个轻量无驱动轮式测试平台的实验与模拟，研究了非刚性底座效应。结果表明，在低底座-地面阻力下，只有54-70%的100N指令得以实现，工具中心点误差可达100mm。提高底座-地面阻力可改善力的实现并限制工具位移，而底座振动与力跟踪误差之间的关系并不一致。这些发现强调了在表征轻量移动操纵时同时考察力、运动和振动的重要性。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决移动机器人在执行接触任务时，由于非刚性底座效应导致的力和运动实现不稳定的问题。现有方法未能充分表征这些效应，导致任务执行精度不足。
核心思路：研究通过结合实验和模拟，分析非刚性底座对移动机器人操纵性能的影响，重点考察力、运动和振动之间的关系，以优化任务执行。
技术框架：研究采用了实验与模拟相结合的方式，首先在模拟环境中探索非刚性底座效应，然后在两个轻量无驱动轮式测试平台上进行实地实验，收集接触力、工具运动和底座振动的数据。
关键创新：本研究的创新点在于首次系统性地分析了非刚性底座效应对移动机器人操纵任务的影响，提出了综合考察力、运动和振动的新方法，与传统方法相比，提供了更全面的理解。
关键设计：在实验中，设置了不同的底座-地面阻力条件，测量了接触力和工具位移，使用高精度传感器记录底座振动，确保数据的准确性和可靠性。实验结果显示，底座-地面阻力的变化显著影响了力的实现和工具的位移控制。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，在低底座-地面阻力条件下，只有54-70%的力得以实现，工具中心点误差达到100mm。通过提高底座-地面阻力，力实现得到了改善，工具位移得到了限制，显示出非刚性底座效应对任务执行的显著影响。
🎯 应用场景
该研究的成果可广泛应用于移动机器人在复杂环境中的操作，如工业自动化、服务机器人和医疗机器人等领域。通过优化底座设计和控制策略，可以提高机器人在执行接触任务时的精度和稳定性，具有重要的实际价值和未来影响。
📄 摘要（原文）
Mobile robot manipulators extend contact-task capability beyond the workspace of fixed robot installations, but their bases must also sustain the forces generated by the task. On lightweight platforms, base motion and support compliance can change the force and motion realised at the workpiece. How these non-rigid base effects manifest during sustained contact remains insufficiently characterised. This paper investigates non-rigid base effects in mobile robot manipulators through a sanding case study combining exploratory simulation with experiments on two lightweight, unactuated wheeled testbeds. Joint measurements of contact force, tool motion, and base vibration show that sustained contact coexisted with substantial task error: under low base-ground resistance, only 54-70% of a 100 N command was realised, with tool-centre-point errors reaching 100 mm. Increasing base-ground resistance during contact improved force realisation and arrested further tool displacement, while base vibration did not vary consistently with force-tracking error in the tested conditions. These observations illustrate how non-rigid base behaviour can affect contact-task execution and highlight the value of examining force, motion, and vibration together when characterising lightweight mobile manipulation.