ソフトロボットのためのコロケーテッド形状制御
Collocated Shape Regulation for Soft Robots
連続体ソフトロボットの形状を、駆動座標のみを制御するコロケーテッド制御で安定に収束させる一般フレームワークを提案し、PD/PID系制御器の安定性保証と実験検証を示した。
著者: Pietro Pustina, Ebrahim Shahabi, Daniel Feliu-Talegon, Alessandro De Luca, Cosimo Della Santina
分類: cs.RO, eess.SY
原文アブストラクト
Controlling the shape of a continuum soft robot typically requires an accurate dynamic model and actuation of all degrees of freedom. We show that regulating only the actuated coordinates, through collocated shape control, achieves provably stable convergence of those coordinates and, under an explicit compatibility condition, of the entire robot shape. While collocated control is a cornerstone of high-performance motion control in rigid robotics, extending this formulation to continuum soft robots has remained challenging due to the complexity of their dynamics. We present the first general framework for collocated control of continuum soft robots and derive a unified family of controllers, including PD, PID, PsatID, and their counterparts with compensation and cancellation components. The framework unifies existing approaches while introducing new controller designs. In particular, we develop three classes of PD and PID like regulators with local, semi-global, and global stability guarantees, and provide rigorous convergence analyses for each. Extensive experimental validation demonstrates the effectiveness of the proposed methods across different model discretizations and controller parameters. The resulting framework provides practical design guidelines for selecting and implementing controllers with known stability guarantees, without requiring a complete dynamic model of the robot
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