Modeling and Control of Intrinsically Elasticity Coupled Soft-Rigid Robots

要約

最近、ソフトロボットやソフトとリジッドのハイブリッドのモデルベース制御の分野で多くの研究が行われていますが、ほとんどの研究は本質的に直列構造を持つロボットを研究しています。
これらのシステムは文献で広く普及していますが、さまざまな自由度の間で本質的に結合された弾性を備えたソフトとリジッドのハイブリッドを設計する傾向が増加しています。
この研究では、特に作動が不十分な場合のそのような構造のモデル化と制御の問題に対処しようとします。
これらのシステムで見られる代表的な、弾性結合の単純なモデルをいくつか紹介します。
次に、弾性を補償するコントローラーを提案し、弾性支配の仮定に依存せずにリアプノフ法を使用してその安定性を証明します。
このコントローラは、非作動のソフトロボットの一般的なクラスに適用できます。
シミュレートされたケースでコントローラーを評価した後、モデルとコントローラーの両方を評価するためのシンプルなハードウェア プラットフォームを開発します。
最後に、ハードウェアを使用して、「センサーレス」力制御における非作動の弾性結合システムの新しい使用例を示します。

要約(オリジナル)

While much work has been done recently in the realm of model-based control of soft robots and soft-rigid hybrids, most works examine robots that have an inherently serial structure. While these systems have been prevalent in the literature, there is an increasing trend toward designing soft-rigid hybrids with intrinsically coupled elasticity between various degrees of freedom. In this work, we seek to address the issues of modeling and controlling such structures, particularly when underactuated. We introduce several simple models for elastic coupling, typical of those seen in these systems. We then propose a controller that compensates for the elasticity, and we prove its stability with Lyapunov methods without relying on the elastic dominance assumption. This controller is applicable to the general class of underactuated soft robots. After evaluating the controller in simulated cases, we then develop a simple hardware platform to evaluate both the models and the controller. Finally, using the hardware, we demonstrate a novel use case for underactuated, elastically coupled systems in ‘sensorless’ force control.

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