具有截面膨胀的软体操作器的实时动力学：应用于章鱼肌肉静水骨骼
机器人学
2026-01-30 v1
摘要
受章鱼等生物体具身智能的启发，软体机器人臂利用其高度灵活的结构在复杂环境中执行各种任务。虽然经典的Cosserat杆理论研究了软臂的弯曲、扭转、剪切和拉伸，但它未能捕捉到某些任务中发生的面内变形，特别是涉及主动侧向牵引的任务。本文介绍了一种扩展的Cosserat杆理论，通过引入一个反映面内膨胀比的额外应变变量来解决这些局限性。为了准确描述动力学中软体的粘弹性效应，所提出的模型通过整合Saint-Venant Kirchhoff超弹性和Kelvin-Voigt粘性模型来增强本构律。主动载荷和环境载荷被纳入运动方程，通过调整几何变应变(GVS)方法进行数值求解，以平衡精度和计算效率。我们的贡献包括在动力学背景下推导扩展的Cosserat杆理论，以及开发一种能够实现快速精确求解的降阶数值方法。我们展示了该模型在软体机器人臂刚度调谐和复杂章鱼臂运动研究中的应用。
引用
@article{arxiv.2412.03046,
title = {Real-time Dynamics of Soft Manipulators with Cross-section Inflation: Application to the Octopus Muscular Hydrostat},
author = {Yuchen Sun and Anup Teejo Mathew and Imran Afgan and Federico Renda and Cecilia Laschi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.03046},
year = {2026}
}