Control of Soft Pneumatic Actuators with Approximated Dynamical Modeling

要約

この論文では、シリンジ ポンプとソフト ニューマチック アクチュエータ (SPA) の完全なシステム モデリング戦略を紹介します。
ソフト アクチュエータは、2 次曲げモデルを利用して梁構造として概念化されます。
固有振動数の方程式はオイラーの曲げ理論から導出され、減衰比は軟空気圧アクチュエータのステップ応答をフィッティングすることによって推定されます。
モデルの不確実性の評価は、モデリング手法の堅牢性を強調します。
私たちのアプローチを検証するために、寸法パラメーターが異なる 4 つのプロトタイプにそれを展開します。
さらに、アクチュエータを駆動するためにシリンジポンプが設計され、完全なシステムモデルを構築するために圧力モデルが提案されています。
このフルシステムモデルを採用することにより、ソフトアクチュエータを制御するために線形二次レギュレータ（LQR）コントローラが実装され、ステップ応答テストと方形波関数応答テストの両方で高速応答と高精度を実現します。
モデリング手法とLQRコントローラーの両方を実験を通じて徹底的に評価しました。
最後に、フィードバック コントローラーを備えた 2 つのアクチュエーターで構成されるグリッパーは、非常に高い成功率で繊細なオブジェクトを安定して掴むことができます。

要約(オリジナル)

This paper introduces a full system modeling strategy for a syringe pump and soft pneumatic actuators(SPAs). The soft actuator is conceptualized as a beam structure, utilizing a second-order bending model. The equation of natural frequency is derived from Euler’s bending theory, while the damping ratio is estimated by fitting step responses of soft pneumatic actuators. Evaluation of model uncertainty underscores the robustness of our modeling methodology. To validate our approach, we deploy it across four prototypes varying in dimensional parameters. Furthermore, a syringe pump is designed to drive the actuator, and a pressure model is proposed to construct a full system model. By employing this full system model, the Linear-Quadratic Regulator (LQR) controller is implemented to control the soft actuator, achieving high-speed responses and high accuracy in both step response and square wave function response tests. Both the modeling method and the LQR controller are thoroughly evaluated through experiments. Lastly, a gripper, consisting of two actuators with a feedback controller, demonstrates stable grasping of delicate objects with a significantly higher success rate.

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