一种面向低带宽执行器动力学系统的数据驱动几何建模方法

由于软体机器人欠驱动、高维动力学特性，对其开展系统辨识颇具挑战。本工作提出一种基于几何力学（亦称规范理论）的数据驱动建模框架，可应用于系统内部构型受低带宽控制的系统。该方法基于随机扰动重复行为的数据点，构建由执行器与运动器动力学组成的一系列连通模型。通过从具有对称性的耗散拉格朗日系统的一般公式推导这些连通模型，我们提供了一种可广泛适用于具有一阶低通执行器动力学的机器人方法，包括水凝胶爬行器中使用的溶胀驱动执行器。这些模型准确捕捉了简化游泳机器人模型的系统形状与身体运动动力学。我们进一步将该方法应用于刺激响应水凝胶模拟器，其捕捉了驱动生物医学相关微机器形状变化的化学-机械相互作用的复杂性。最后，我们提出一种通过迭代精炼模型数值优化控制信号的方法，并应用于优化水凝胶爬行器的输入波形。向真实环境的迁移为运动器设计与生物医学工程中的应用提供了前景。