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克日，，，，，，我院林天麟教授团队在机械人领域顶级期刊 IEEE Transactions on Robotics 揭晓题为“Kinematics Modeling and Control of Spherical Rolling Contact Joint and Manipulator”的文章。。。。。。。

克日，，，，，，我院林天麟教授团队在机械人领域顶级期刊 IEEE Transactions on Robotics 揭晓题为“Kinematics Modeling and Control of Spherical Rolling Contact Joint and Manipulator”的文章。。。。。。。

该事情首次提出了一种两自由度球形转动点接触（SRC）机械人枢纽并提出其运动学模子、运动妄想与控制要领；；；；；；；基于团队前期提出的？？？？？榛杂芍毓够等 FreeBOT 实现了响应的机械臂应用，，，，，，证实晰提出的 SRC 枢纽能有用带来扩大构型空间、在狭窄空间内逃避障碍物等优点。。。。。。。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9858332

期刊先容

IEEE Transactions on Robotics 为机械人学领域公认的三大顶级期刊之一（T-RO / IJRR / Sci. Rob.），，，，，，平均每年全球发文量约100篇，，，，，，代表了机械人领域最先进的重大希望，，，，，，要求论文在理论和工程效果上同时推念头械人学的生长。。。。。。。

研究配景

转动点接触运动（rolling contact motion）具有减小磨料磨损、扩大构型空间、简化控制器设计等优点，，，，，，普遍保存于球形机械人、多指机械人手、和机械臂枢纽等运动中。。。。。。。然而，，，，，，现在只提出了 1-DOF 的圆形转动点接触（CRC）枢纽，，，，，，近两年尤其吸引了微创手术机械人研究的普遍兴趣。。。。。。。本事情在机械人领域首次提出了 2-DOF 球形转动点接触（SRC）枢纽，，，，，，并与课本中其他经典枢纽（如旋转枢纽）类似，，，，，，建设了 SRC 枢纽所有的模子要素；；；；；；；同时提出 SRC 枢纽机械臂，，，，，，并系统完整地建设其运动学方程，，，，，，具有在狭窄空间内逃避障碍物等优点。。。。。。。团队同样提出了一种无约束一连自由毗连的？？？？？榛灾毓够等耍‵reeBOT），，，，，，本事情提出了 FreeBOT 的运动妄想与控制要领，，，，，，使用 FreeBOT 实现了 SRC 枢纽和机械臂的运动控制。。。。。。。相关的运动方程和控制要领同样适用于 FreeBOT 的链式自重构运动。。。。。。。

研究要领

本事情引入两个转动点接触运动球之间的虚拟切平面看法（如图1），，，，，，以四元数、轴-角体现精练地形貌了 SRC 枢纽的运动，，，，，，与课本中其他经典枢纽（如旋转枢纽）类似，，，，，，建设了 SRC 枢纽所有的模子要素，，，，，，包括旋转矩阵、位置向量、自由模态等。。。。。。；；；；；；； SRC 枢纽模子和阻尼最小二乘法等，，，，，，系统规范地建设了 SRC 枢纽机械臂的正逆运动学方程。。。。。。。

图1. SRC 枢纽及其切平面、轴角姿态体现示意图（左）；；；；；；；SRC 枢纽机械臂示意图（右）

本事情以刷新的？？？？？榛杂芍毓够等 FreeBOT 实现 SRC 枢纽和机械臂的运动，，，，，，如图2所示。。。。。。。差分轮驱动小车使两个铁球壳爆发 2-DOF 球形转动点接触运动，，，，，，小车底端的磁铁提供吸引使得？？？？？榧洳皇枭。。。。。。。

图2. FreeBOT 组成示意图：球壳、差分轮小车、底端磁铁（左）；；；；；；；FreeBOT 形成 SRC 枢纽机械臂（右）

本事情划分提出了 FreeBOT 差分轮小车沿球壳内壁前进与转向自力和前进与转向耦合的运动妄想与控制要领（如图3），，，，，，前进与转向自力的要领更容易实现，，，，，，包管了 FreeBOT 可靠地运动，，，，，，能够普遍地用于实现 SRC 枢纽机械臂点到点的运动；；；；；；；前进与转向耦合的要领包管了 SRC 枢纽机械臂的高动态性能，，，，，，可以普遍地用于 SRC 枢纽机械臂的轨迹跟踪与实时逃避障碍物运动。。。。。。。

图3. FreeBOT 运动妄想与控制框架图

本项目基于物理仿真引擎搭建了 SRC 枢纽机械臂的仿真情形，，，，，，真实模拟了 SRC 枢纽机械臂的物理运动，，，，，，同时使用 FreeBOT 搭建了 SRC 枢纽机械臂的实物系统。。。。。。。在仿真系统和实物上验证了SRC枢纽和机械臂的运动模子以及 FreeBOT 的运动妄想与控制要领（如图4、图5），，，，，，在 SRC 枢纽机械臂的点到点运动中，，，，，，机械臂最后执行器的运动精度抵达位姿同时控制时位置误差小于4mm，，，，，，姿态误差小于1.5°；；；；；；；同时仿真验证了在狭窄空间内，，，，，，SRC 枢纽机械臂能够实时地逃避障碍物，，，，，，并且机械臂最后执行器高精度地抵达期望位姿。。。。。。。

图4. SRC 枢纽机械臂点到点运动，，，，，，最后执行器同时抵达期望位姿

图5. SRC 枢纽机械臂狭窄空间内实时逃避障碍物，，，，，，同时最后执行器抵达期望位姿

点击审查Demo视频：https://www.bilibili.com/video/BV1VB4y1C7oh

研究结论

该事情在机械人领域首次提出了一种两自由度球形转动点接触（SRC）机械人枢纽，，，，，，并形成此类型枢纽机械臂，，，，，，具有减小磨料磨损、扩大构型空间、在狭窄空间内逃避障碍物等优点，，，，，，系统完整地建设了枢纽和机械臂的运动模子；；；；；；；使用团队提出的？？？？？榛杂芍毓够等 FreeBOT 实现了枢纽和机械臂运动，，，，，，包括提出了 FreeBOT 的运动妄想与控制要领，，，，，，并在搭建的一套基于物理引擎的仿真系统和实物实验中验证了枢纽和机械臂的优异性能。。。。。。。

作者简介

本文通讯作者为我院智能机械人中心主任林天麟教授。。。。。。。

林天麟，，，，，，IEEE高级会员，，，，，，香港中文大学（深圳）助理教授，，，，，，博士生导师，，，，，，校长青年学者，，，，，，担当机械人与智能制造国家地方团结工程实验室执行副主任，，，，，，及优德官网（优德官网）智能机械人中心主任。。。。。。。师从徐扬生院士，，，，，，划分于2006年和2010年在香港中文大学获得一等声誉学士学位和博士学位。。。。。。。研究偏向包括多机械人系统，，，，，，特种机械人及人机协作等。。。。。。。以第一/通讯作者，，，，，，在 T-RO、T-IP、T-MECH、J-FR 等顶尖期刊和 ICRA、IROS 等顶级聚会上揭晓论文43篇，，，，，，授权美国专利3项及国家发明专利34项，，，，，，出书英文专著2部。。。。。。。以第一作者获 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 期刊年度最佳论文奖，，，，，，以通讯作者获 IROS 机械人机构设计最佳论文奖。。。。。。。组织并主持了海内首个？？？？？榛灾毓够等肆煊蜓跸盗薪沧，，，，约请 T-RO 主编、Science 编委、国家杰青等海内外着名学者做学术报告，，，，，，累计在线听众逾4万人次。。。。。。。林教授的相关研究效果被路透社、探索频道、日本放送协会 NHK、IEEE Spectrum、Wired 等众多国际着名媒体普遍报导。。。。。。。

本文其他作者包括香港中文大学（深圳）博士后研究员宗立军、香港中文大学（深圳）在读博士生梁冠琪。。。。。。。

宗立军博士结业于西北工业大学，，，，，，本科结业于北京理工大学，，，，，，于2016.10-2018.09在加拿大多伦多大学举行博士团结作育。。。。。。。现在以第一作者在 IEEE Transactions on Robotics、IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 等期刊上揭晓论文10余篇，，，，，，出书学术专著1部，，，，，，主持国家重点实验室基金1项，，，，，，授权发明专利8项。。。。。。。

梁冠琪，，，，，，香港中文大学（深圳）在读博士生，，，，，，研究偏向为？？？？？榛灾毓够等耍，，，，相关论文揭晓于 T-RO、RA-L、ICRA、IROS 等机械人领域期刊及聚会上，，，，，，曾获得 IROS 机械人机构设计最佳论文奖、优德官网（优德官网）卓越博士生。。。。。。。

团队先容

优德官网智能机械人中心由林天麟教授向导，，，，，，旨在研究多机械人系统自由组成种种形态以解决不可预知问题的要害手艺，，，，，，通过简朴智能体的集群实现重大的智能群体行为，，，，，，让机械人系统拥有可复用、自由构型、可拓展、故障自修复等通用特征，，，，，，为机械人设计领域创立出一种全新切实可行的实现形态。。。。。。。

团队恒久从事机械人和人工智能研究，，，，，，开发了十余种机械人和智能系统。。。。。。。在肩负国家科研项目方面履历富厚，，，，，，获得了国家自然科学基金面上项目、国家科技部 “智能机械人”重点研发妄想项目等多项纵向项目资助。。。。。。？？？？？蒲行Ч蚁于 T-RO、T-IP、T-MECH、JFR、ICRA、IROS 等机械人与自动化领域的国际顶级期刊和聚会上。。。。。。。关于 FreeBOT 的研究效果获2020年 IROS 机械人机构与设计最佳论文奖，，，，，，IEEE Spectrum、日本放送协会 NHK 和Engadget 等多家国际着名媒体对其举行了普遍报道。。。。。。。

相识团队更多论文和视频信息：
团队主页：https://freeformrobotics.org
团队B站-CUHKSZ-RAIL：https://space.bilibili.com/691821613

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