Toward Dynamic Control of Tendon-Driven Continuum Robots using Clarke Transform

要約

この論文では、複数のセグメントと任意の数の腱ごとの腱駆動型の連続体ロボットの動的モデルと制御フレームワークを提案します。
私たちのアプローチは、クラーク変換、オイラー – ラグランジュの形式主義、および区分的な一定の曲率の仮定を活用して、本質的に腱の制約を満たすジョイント空間に埋め込まれた2次元の多様体に動的モデルを策定します。
このマニホールドで直接動作する線形コントローラーと、コントロールの忠実度を損なうことなく負の腱力を防ぐための実用的な方法を提示します。
これらのアプローチは、シミュレーションおよび1つのセグメントと5つの腱を持つ物理プロトタイプで検証し、リアルタイム条件下での正確な動的な動作と堅牢な軌道追跡を実証します。

要約(オリジナル)

In this paper, we propose a dynamic model and control framework for tendon-driven continuum robots with multiple segments and an arbitrary number of tendons per segment. Our approach leverages the Clarke transform, the Euler-Lagrange formalism, and the piecewise constant curvature assumption to formulate a dynamic model on a two-dimensional manifold embedded in the joint space that inherently satisfies tendon constraints. We present linear controllers that operate directly on this manifold, along with practical methods for preventing negative tendon forces without compromising control fidelity. We validate these approaches in simulation and on a physical prototype with one segment and five tendons, demonstrating accurate dynamic behavior and robust trajectory tracking under real-time conditions.

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