Simultaneous Position-and-Stiffness Control of Underactuated Antagonistic Tendon-Driven Continuum Robots

要約

連続体ロボットは、その固有のコンプライアンスと柔軟性、特にさまざまなアプリケーション シナリオに合わせて調整可能な剛性レベルにより、広く人気を得ています。
過去 10 年にわたる動的モデリングと制御合成への取り組みにもかかわらず、フィードバック制御設計に剛性制御を組み込むことに焦点を当てた研究はほとんどありません。
ただし、これは連続ロボットを開発する最初の動機の 1 つです。
この論文は、拮抗する腱によって駆動される、非常に低活性な種類の連続ロボットの位置と剛性の両方を制御するという重要な課題に取り組むことを目的としています。
この目的を達成するために、最初のステップでは、腱駆動の連続体ロボットの開ループ硬化を解析できる高次元リジッドリンク動的モデルを提示します。
このモデルに基づいて、非負の張力制約に従う新しい受動性ベースの位置および剛性コントローラーを提案します。
私たちのアプローチの有効性を実証するために、連続体ロボットで理論的結果をテストしました。実験結果は、提案された方法論の有効性と正確なパフォーマンスを示しています。

要約(オリジナル)

Continuum robots have gained widespread popularity due to their inherent compliance and flexibility, particularly their adjustable levels of stiffness for various application scenarios. Despite efforts to dynamic modeling and control synthesis over the past decade, few studies have focused on incorporating stiffness regulation in their feedback control design; however, this is one of the initial motivations to develop continuum robots. This paper aims to address the crucial challenge of controlling both the position and stiffness of a class of highly underactuated continuum robots that are actuated by antagonistic tendons. To this end, the first step involves presenting a high-dimensional rigid-link dynamical model that can analyze the open-loop stiffening of tendon-driven continuum robots. Based on this model, we propose a novel passivity-based position-and-stiffness controller adheres to the non-negative tension constraint. To demonstrate the effectiveness of our approach, we tested the theoretical results on our continuum robot, and the experimental results show the efficacy and precise performance of the proposed methodology.

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