基于离散 Cosserat 杆建模的软体机器人拉格朗日性质与控制
机器人学
2023-12-12 v1
摘要
软体机器人变形所特有的“面内”弯曲特性，使其在复杂操作和运动任务中优于刚性机器人。然而，由于软体可变形机器人和结构具有无限自由度，精确执行此类运动策略充满了建模和控制方面的挑战。通过对连续介质材料上的（离散化）Cosserat 微固体施加分段常应变 (PCS)，其动力学变得易于进行数学分析。虽然这种 PCS 模型能很好地处理难以建模的特征性“面内”弯曲，但其拉格朗日性质在文献中并未被用于控制，也没有关于多段可变形材料在保证稳态收敛的“面内”弯曲动态性能的严格研究。基于此，我们首先确立了 PCS 模型的结构性拉格朗日性质。其次，我们利用这些性质对各种应变目标状态进行控制。再次，我们通过受不同恒定尖端载荷的章鱼仿生机器人臂来验证我们的假设。这些载荷会引起非恒定的“面内”变形，我们在这些配置下调节整个连续体的应变状态。我们的数值结果在所有测试中都证明了整个连续体收敛到期望的平衡状态。在本文设定的范围内，我们推测我们的方法可以在缆线驱动和流体驱动的多段软体机器人臂的控制中得到广泛应用；并且可能扩展到用于模拟、混合或增强现实中的可变形智能体的（基于学习的）控制。
引用
@article{arxiv.2312.05937,
title = {Lagrangian Properties and Control of Soft Robots Modeled with Discrete Cosserat Rods},
author = {Lekan Molu and Shaoru Chen and Audrey Sedal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.05937},
year = {2023}
}