Cosserat-Rod Based Dynamic Modeling of Soft Slender Robot Interacting with Environment

要約

柔らかく細長いロボットは、その継続性とコンプライアンスの性質により、近年ますます多くの研究の注目を集めています。
しかし、環境と相互作用するソフトロボットの力学モデリングは、変形の非線形性と接触の非滑らかな特性のため、依然として学術的な課題です。
この研究では、区分的な局所ひずみ場の仮定から出発して、環境との摩擦接触を処理し、それらを非線形相補拘束 (NCP) 定式化に移すニュートン力学を使用したコセラットロッド理論によるソフトロボットの非線形動的モデルを提案します。
。
さらに、NCP の不等式を滑らかな等式に変換するために、接触制約と摩擦制約の両方を平滑化します。
提案されたモデルにより、柔らかい細長いロボットが他の剛体または軟体と相互作用するときに、共通の最適化フレームワークの下で動的変形と摩擦接触力をリアルタイムで計算できます。
最終的に、提案した動的モデルを有効にする対応する実験が実行されます。

要約(オリジナル)

Soft slender robots have attracted more and more research attentions in these years due to their continuity and compliance natures. However, mechanics modeling for soft robots interacting with environment is still an academic challenge because of the non-linearity of deformation and the non-smooth property of the contacts. In this work, starting from a piece-wise local strain field assumption, we propose a nonlinear dynamic model for soft robot via Cosserat rod theory using Newtonian mechanics which handles the frictional contact with environment and transfer them into the nonlinear complementary constraint (NCP) formulation. Moreover, we smooth both the contact and friction constraints in order to convert the inequality equations of NCP to the smooth equality equations. The proposed model allows us to compute the dynamic deformation and frictional contact force under common optimization framework in real time when the soft slender robot interacts with other rigid or soft bodies. In the end, the corresponding experiments are carried out which valid our proposed dynamic model.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google