The emerging field of fluidically actuated soft robotic control has promising capabilities such as inherent compliance and user safety. However, these are counterbalanced by issues not common to rigid robots, like nonlinear actuation dynamics, motion constraints, workspace limitations, and variable shape stiffness. In this work, we have adapted Model Predictive Control (MPC), that has recently seen an exponential rise in popularity and fields of applications, to a soft robotic arm called SoPrA. We have addressed the problems that current control methods are facing, trying to propose a unique environment to handle them in a modular way. This work shows, both with simulation and experimental results, that Task-Space MPC can be successfully implemented for dynamic soft robotic control, while past research has usually focused on Joint-Space references. We have provided a way to couple the Piece-wise Constant Curvature and the Augmented Rigid Body Model assumptions with internal and external constraints and actuation dynamics, delivering an algorithm that can manage all these information and optimize over them. We believe that an MPC implementation based on our approach could be the way to address most of model-based soft robotics control issues within a unified and modular framework, while allowing to include improvements that usually belong to other control domains such as learning techniques.


翻译:新兴的流体活性软机器人控制领域具有充满希望的能力,如内在合规和用户安全等,但这些能力被僵硬机器人所不常见的问题所抵消,如非线性振动动态、运动限制、工作空间限制和变形僵硬性。在这项工作中,我们调整了模型预测控制(MPC),该模型在受欢迎程度和应用程序领域方面出现了指数性上升,并适用于名为SoPrA的软机器人手臂。我们已经解决了当前控制方法所面临的各种问题,试图提出一种独特的环境,以模块化方式处理它们。这项工作通过模拟和实验结果表明,任务-空间MPC可以成功地用于动态软机器人控制,而过去的研究通常侧重于联合空间参考。我们提供了一种方法,将小巧常态和增强的硬体模型假设与内部和外部制约和动作动态结合起来,提供一种算法,能够管理所有这些信息并优化它们。我们认为,基于我们方法的实施MPC可能是解决大多数基于模型的软机器人控制问题的方法,包括通常属于模块式控制领域的其它技术。

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