Simulation is an important step in robotics for creating control policies and testing various physical parameters. Soft robotics is a field that presents unique physical challenges for simulating its subjects due to the nonlinearity of deformable material components along with other innovative, and often complex, physical properties. Because of the computational cost of simulating soft and heterogeneous objects with traditional techniques, rigid robotics simulators are not well suited to simulating soft robots. Thus, many engineers must build their own one-off simulators tailored to their system, or use existing simulators with reduced performance. In order to facilitate the development of this exciting technology, this work presents an interactive-speed, accurate, and versatile simulator for a variety of types of soft robots. Cronos, our open-source 3D simulation engine, parallelizes a mass-spring model for ultra-fast performance on both deformable and rigid objects. Our approach is applicable to a wide array of nonlinear material configurations, including high deformability, volumetric actuation, or heterogenous stiffness. This versatility provides the ability to mix materials and geometric components freely within a single robot simulation. By exploiting the flexibility and scalability of nonlinear Hookean mass-spring systems, this framework simulates soft and rigid objects via a highly parallel model for near real-time speed. We describe an efficient GPU CUDA implementation, which we demonstrate to achieve computation of over 1 billion elements per second on consumer-grade GPU cards. Dynamic physical accuracy of the system is validated by comparing results to Euler-Bernoulli beam theory, natural frequency predictions, and empirical data of a soft structure under large deformation.


翻译:软机器人是机器人在创建控制政策和测试各种物理参数方面迈出的重要一步。软机器人是一个领域,对模拟其实验对象提出了独特的物理挑战,因为不直线的变形材料组件与其他创新的而且往往是复杂的物理特性一道,对模拟其实验对象提出了独特的物理挑战。由于以传统技术模拟软体和混合物体的计算成本,硬机器人模拟器不完全适合模拟软机器人。因此,许多工程师必须建立适合其系统的一次性模拟器,或使用现有的软性能模拟器。为了促进这一令人振奋的技术的发展,这项工作为各种软机器人提供了一种交互速度、准确和灵巧的模拟模拟器。Cronos,我们的开源3D模拟引擎,同时为超快性性能模拟器模拟软机器人和软性机器人。我们的方法适用于广泛的非线性材料配置模型,包括高度变异性、体动作变异性化或高性能模拟器性能的模拟器。这种变异性性能性能性能的快速性能模拟器性能,使得GFloral-rodual 系统能够通过不连续地模拟材料和测量结构结构中进行模拟。我们机能的模拟。我们的方法适用于10亿次的软性变变变变变变变的硬性变变的硬性, 。

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