Modelling and simulation of a commercially available dielectric elastomer actuator

要約

ソフトロボットにおいて誘電エラストマーアクチュエータ（DEA）の可能性を十分に活用するためには、高度な制御手法が必要である。そのための重要な基礎は、DEAの基礎となるダイナミクスを適切に記述できる制御指向モデルの開発である。既存のモデルに共通する特徴は、常にカスタムメイドのDEAが研究されていることである。これは、すべての仕様とアクチュエータの構造が既知であるため、モデリングプロセスが容易である。しかし、市販のアクチュエータの場合、メーカーからの情報しか入手できないため、モデリングプロセス中に確認または補完する必要があります。本論文の目的は、市販の積層型シリコンベースDEAをどのようにモデル化できるか、また、アクチュエータの特徴を適切に再現するためにモデルをどの程度複雑にすべきかを探求することである。静的な記述では、フックの法則が適していることを実証した。動的記述の場合、制御指向のモデリングには粘弾性モデルは不要であることが示された。しかし、DEAのすべての特徴を考慮した場合、3つのMaxwell要素を持つ一般化Kelvin-Maxwellモデルは、良好な結果、安定性、計算効率を示す。

要約(オリジナル)

In order to fully harness the potential of dielectric elastomer actu-ators (DEAs) in soft robots, advanced control methods are need-ed. An important groundwork for this is the development of a control-oriented model that can adequately describe the underly-ing dynamics of a DEA. A common feature of existing models is that always custom-made DEAs were investigated. This makes the modelling process easier, as all specifications and the struc-ture of the actuator are well known. In the case of a commercial actuator, however, only the information from the manufacturer is available and must be checked or completed during the modelling process. The aim of this paper is to explore how a commercial stacked silicone-based DEA can be modelled and how complex the model should be to properly replicate the features of the actu-ator. The static description has demonstrated the suitability of Hooke’s law. In the case of dynamic description, it is shown that no viscoelastic model is needed for control-oriented modelling. However, if all features of the DEA are considered, the general-ized Kelvin-Maxwell model with three Maxwell elements shows good results, stability and computational efficiency.

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