Enhanced Model-Free Dynamic State Estimation for a Soft Robot Finger Using an Embedded Optical Waveguide Sensor

要約

このレターでは、高度な伸縮性光導波路センサーが多方向 PneuNet ソフト アクチュエーターに実装され、NARX ニューラル ネットワークによる動的状態推定を強化します。
以前の研究の半分割コア設計を特徴とする伸縮性導波路は、複数のひずみモードに敏感です。
これは、人間の指の動きを再現する 2 つの圧力チャンバーを備えたソフト フィンガー アクチュエーターに統合されています。
ソフト フィンガーは、ソフト ロボット グリッパーまたはハンドでの用途向けに設計されており、電動リニア ステージによって制御される空気圧作動下で単独で観察されます。
研究ではまず、柔らかい指の作業空間とセンサーの反応を特徴付けます。
続いて、NARX アーキテクチャを使用して、光導波路センサー応答の組み込みの程度が異なる 3 つの動的状態推定器が開発されました。
テストパスでの評価により、センサーの完全な応答によってエンドエフェクターの位置推定が大幅に向上し、平均誤差が 5.70 mm から 2.80 mm まで 51\% 減少しましたが、これに比べて、単一コア導波路を表す推定器を使用した場合は 4.53 mm まで 21\% の改善しかなかったことがわかりました。
デザイン。
この書簡は、これらの推定器の（開ループ）モデル予測制御への応用について議論し、モデルフリーの状態推定とソフトロボットの制御のための高度な構造化ソフト（光学）センサーに今後焦点を当てることを推奨することで締めくくられている。

要約(オリジナル)

In this letter, an advanced stretchable optical waveguide sensor is implemented into a multidirectional PneuNet soft actuator to enhance dynamic state estimation through a NARX neural network. The stretchable waveguide featuring a semidivided core design from previous work is sensitive to multiple strain modes. It is integrated into a soft finger actuator with two pressure chambers that replicates human finger motions. The soft finger, designed for applications in soft robotic grippers or hands, is viewed in isolation under pneumatic actuation controlled by motorized linear stages. The research first characterizes the soft finger’s workspace and sensor response. Subsequently, three dynamic state estimators are developed using NARX architecture, differing in the degree of incorporating the optical waveguide sensor response. Evaluation on a testing path reveals that the full sensor response significantly improves end effector position estimation, reducing mean error by 51\% from 5.70 mm to 2.80 mm, compared to only 21\% improvement to 4.53 mm using the estimator representing a single core waveguide design. The letter concludes by discussing the application of these estimators for (open-loop) model-predictive control and recommends future focus on advanced, structured soft (optical) sensors for model-free state estimation and control of soft robots.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google