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、剛性制御をフィードバック制御設計に組み込んだ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。
この論文では、拮抗腱によって駆動される非作動状態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ついて取り上げます。
まず、腱駆動の連続体ロボットの開ループ硬化を解析できる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、非負の張力制約を遵守する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。
当社の連続体ロボットの包括的な実験により理論的結果が検証され、このアプローチの有効性と精度が実証されています。

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 incorporated stiffness regulation into their feedback control design; however, this is one of the initial motivations to develop continuum robots. This paper addresses the crucial challenge of controlling both the position and stiffness of underactuated continuum robots actuated by antagonistic tendons. We begin by presenting a 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 that adheres to the non-negative tension constraint. Comprehensive experiments on our continuum robot validate the theoretical results and demonstrate the efficacy and precision of this approach.

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