Soft robots offer significant advantages in safety and adaptability, yet achieving precise and dynamic control remains a major challenge due to their inherently complex and nonlinear dynamics. Recently, Data-enabled Predictive Control (DeePC) has emerged as a promising model-free approach that bypasses explicit system identification by directly leveraging input-output data. While DeePC has shown success in other domains, its application to soft robots remains underexplored, particularly for three-dimensional (3D) soft robotic systems. This paper addresses this gap by developing and experimentally validating an effective DeePC framework on a 3D, cable-driven soft arm. Specifically, we design and fabricate a soft robotic arm with a thick tubing backbone for stability, a dense silicone body with large cavities for strength and flexibility, and rigid endcaps for secure termination. Using this platform, we implement DeePC with singular value decomposition (SVD)-based dimension reduction for two key control tasks: fixed-point regulation and trajectory tracking in 3D space. Comparative experiments with a baseline model-based controller demonstrate DeePC's superior accuracy, robustness, and adaptability, highlighting its potential as a practical solution for dynamic control of soft robots.


翻译:软体机器人因其在安全性和适应性方面的显著优势而备受关注,但因其固有的复杂非线性动力学特性,实现精确动态控制仍是一项重大挑战。近年来,数据驱动预测控制(DeePC)作为一种新兴的无模型方法,通过直接利用输入-输出数据绕过了显式系统辨识过程。尽管DeePC已在其他领域展现出成功应用,但其在软体机器人,特别是三维(3D)软体机器人系统中的应用仍有待深入探索。本文通过开发并实验验证一个适用于三维线驱动软体臂的DeePC框架来填补这一空白。具体而言,我们设计并制造了一种软体机械臂:采用厚管骨架确保稳定性,利用带大空腔的致密硅胶体提供强度与柔韧性,并配备刚性端盖实现可靠固定。基于该平台,我们实现了结合奇异值分解(SVD)降维的DeePC方法,用于两项关键控制任务:三维空间中的定点调节与轨迹跟踪。与基于模型的基准控制器进行的对比实验表明,DeePC在精度、鲁棒性和适应性方面均表现更优,凸显了其作为软体机器人动态控制实用方案的潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

软体机器人是一种新型柔软机器人,能够适应各种非结构化环境,与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作,一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料;区别于传统机器人电机驱动,软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料;一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等,从响应的物理量暂时分为如下几类:电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人,大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物,如蚯蚓、章鱼、水母等。
微型软体机器人能源驱动技术研究进展
专知会员服务
20+阅读 · 2023年7月12日
专知会员服务
66+阅读 · 2021年4月22日
【边缘智能】边缘计算驱动的深度学习加速技术
产业智能官
20+阅读 · 2019年2月8日
【机器人】机器人PID控制
产业智能官
10+阅读 · 2018年11月25日
展望:模型驱动的深度学习
人工智能学家
12+阅读 · 2018年1月23日
国家自然科学基金
11+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
1+阅读 · 35分钟前
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
0+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
6+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关基金
国家自然科学基金
11+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员