Controlling soft continuum robotic arms is challenging due to their hyper-redundancy and dexterity. In this paper we demonstrate, for the first time, closed-loop control of the configuration space variables of a soft robotic arm, composed of independently controllable segments, using a Cosserat rod model of the robot and the distributed sensing and actuation capabilities of the segments. Our controller solves the inverse dynamic problem by simulating the Cosserat rod model in MATLAB using a computationally efficient numerical solution scheme, and it applies the computed control output to the actual robot in real time. The position and orientation of the tip of each segment are measured in real time, while the remaining unknown variables that are needed to solve the inverse dynamics are estimated simultaneously in the simulation. We implement the controller on a multi-segment silicone robotic arm with pneumatic actuation, using a motion capture system to measure the segments' positions and orientations. The controller is used to reshape the arm into configurations that are achieved through different combinations of bending and extension deformations in 3D space. The resulting tracking performance indicates the effectiveness of the controller and the accuracy of the simulated Cosserat rod model that is used to estimate the unmeasured variables.


翻译:控制软连续操作机器人臂由于超冗余性和易变性而具有挑战性。 在本文件中,我们首次展示了对软机器人臂的配置空间变量的闭环控制,该软机器人臂由独立的可控部件组成,使用机器人的Cosharat杆模型和这些部件的分布式感应和感动能力。我们的控制器使用一个计算高效数字解决方案,模拟MATLAB的Coserat 杆模型,将计算出来的控制输出应用于实际机器人,从而解决反动态,从而解决反动态。我们的控制器首次展示了对软机器人臂的配置空间变量的闭环控制。每个部件的顶部位置和方向都是实时测量的,而解决反动态所需的其余未知变量则是在模拟中同时估算的。我们用一个运动捕捉系统,用气动来测量这些部件的位置和方向,从而解决了反动态问题。 控制器用来将手臂转换成通过3D空间的弯曲和扩展变形的不同组合而实现的配置。 由此产生的跟踪性能是用于模拟Codasser的精确度。

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