Continuum robots suffer large deflections due to internal and external forces. Accurate modeling of their passive compliance is necessary for accurate environmental interaction, especially in scenarios where direct force sensing is not practical. This paper focuses on deriving analytic formulations for the compliance of continuum robots that can be modeled as Kirchhoff rods. Compared to prior works, the approach presented herein is not subject to the constant-curvature assumptions to derive the configuration space compliance, and we do not rely on computationally-expensive finite difference approximations to obtain the task space compliance. Using modal approximations over curvature space and Lie group integration, we obtain closed-form expressions for the task and configuration space compliance matrices of continuum robots, thereby bridging the gap between constant-curvature analytic formulations of configuration space compliance and variable curvature task space compliance. We first present an analytic expression for the compliance of a single Kirchhoff rod. We then extend this formulation for computing both the task space and configuration space compliance of a tendon-actuated continuum robot. We then use our formulation to study the tradeoffs between computation cost and modeling accuracy as well as the loss in accuracy from neglecting the Jacobian derivative term in the compliance model. Finally, we experimentally validate the model on a tendon-actuated continuum segment, demonstrating the model's ability to predict passive deflections with error below 11.5\% percent of total arc length.


翻译:连续体机器人在内外力作用下会产生大变形。准确建模其被动柔顺性对于实现精确的环境交互至关重要,尤其在直接力传感不可行的场景中。本文聚焦于推导可建模为Kirchhoff杆的连续体机器人的柔顺性解析表达式。与先前研究相比,本文方法无需依赖常曲率假设来推导构型空间柔顺性,也不使用计算成本高昂的有限差分近似来获得任务空间柔顺性。通过曲率空间模态近似与李群积分,我们获得了连续体机器人任务空间与构型空间柔顺性矩阵的闭式表达式,从而弥合了构型空间柔顺性的常曲率解析公式与变曲率任务空间柔顺性之间的差距。我们首先给出单根Kirchhoff杆的柔顺性解析表达式,随后将这一公式扩展到计算腱驱动连续体机器人的任务空间与构型空间柔顺性。接着,利用所提公式研究计算成本与建模精度之间的权衡,以及忽略柔顺性模型中雅可比导数项导致的精度损失。最后,通过腱驱动连续体节段的实验验证该模型,结果表明模型预测被动变形的误差低于总弧长的11.5%。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
0+阅读 · 今天4:55
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
3+阅读 · 今天1:54
美国陆军航空兵:以愿景引领转型
专知会员服务
2+阅读 · 今天1:38
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
5+阅读 · 6月11日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员