非线性软体爬行机器人的最优步态设计
系统与控制
2025-03-17 v2 系统与控制
摘要
软体机器人为机器人学提供了一个前沿领域，在安全的人机交互和不确定环境中的敏捷性方面具有巨大潜力。释放其潜力的一个关键步骤是建立针对软体机器人的控制理论，包括一个原则性的步态设计框架。我们分析了软体爬行体——爬行机器人的最优步态设计问题。该爬行机器人是一个弹性体，控制信号定义为身体各段之间的驱动力。我们考虑最简单的此类爬行机器人：一个两段式身体，具有模拟粘弹性身体动力学的被动机械连接，以及模拟两段身体之间驱动的对称控制力。该模型考虑了与地面的非线性非对称摩擦，该摩擦与对称驱动力共同作用，使爬行机器人能够运动。通过描述函数分析，我们表明，当身体受到正弦驱动力时，最优的致动器收缩频率对应于仅在被动动力学下运行时的身体固有频率。然后，我们利用最优周期控制(OPC)框架来设计任意波形的优化力周期以及相应的爬行步态。我们提供了一种爬山算法来数值求解OPC问题。我们提出的方法和结果可为更复杂和多段软体爬行体的最优驱动力和步态设计提供参考。
引用
@article{arxiv.2410.17058,
title = {Optimal gait design for nonlinear soft robotic crawlers},
author = {Yenan Shen and Naomi Ehrich Leonard and Bassam Bamieh and Juncal Arbelaiz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.17058},
year = {2025}
}