Compliance is a strong requirement for human-robot interactions. Soft-robots provide an opportunity to cover the lack of compliance in conventional actuation mechanisms, however, the control of them is very challenging given their intrinsic complex motions. Therefore, soft-robots require new approaches to e.g., modeling, control, dynamics, and planning. One of the control strategies that ensures compliance is the impedance control. During the task execution in the presence of coupling force and position constraints, a dynamic behavior increases the flexibility of the impedance control. This imposes some additional constraints on the stability of the control system. To tackle them, we propose a variable impedance control in configuration space for a modular soft robot manipulator (MSRM) in the presence of model uncertainties and external forces. The external loads are estimated in configuration space using a momentum-based approach in order to reduce the calculation complexity, and the adaptive back-stepping sliding mode (ABSM) controller is designed to guard against uncertainties. Stability analysis is performed using Lyapunov theory which guarantees not only the exponential stability of each state under the designed control law, but also the global stability of the closed-loop system. The system performance is benchmarked against other conventional control methods, such as the sliding mode (SM) and inverse dynamics PD controllers. The results show the effectiveness of the proposed variable impedance control in stabilizing the position error and diminishing the impact of the external load compared to SM and PD controllers.


翻译:软机器人是人类机器人互动的强烈要求。软机器人提供了一次机会,以弥补常规激活机制不遵守规定的情况,然而,鉴于其内在的复杂动作,控制这些机制非常具有挑战性;因此,软机器人需要采用新的方法,例如建模、控制、动态和规划;确保合规的管制战略之一是阻力控制;在混合部队和职位制约下执行任务期间,动态行为增加了阻力控制的灵活性。这给控制系统的稳定带来了一些额外的限制。为了解决这些问题,我们提议在配置空间中为模块软机器人操纵器(MSRM)提供可变的阻力控制,在模型不确定因素和外部力量存在的情况下,模块机器人操纵器(MSRM)需要采用新的方法,例如建模、控制、动态和规划。 外部负荷是在配置空间中估算的,使用基于动力的方法来降低计算复杂性,而调整后步滑动式滑动控制模式(ABSM)控制控制控制器旨在防范不确定性。稳定分析采用Lyapunov理论,这不仅保证了所设计的控制系统下的每个国家的指数性稳定,而且相对于常规稳定制式控制系统的稳定性,在稳定模式下变式控制中也显示了稳定。

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