Modeling and Simulation of Soft Robots Driven by Embedded Artificial Muscles: an Example using Twisted-and-Coiled Actuators
Modeling and Simulation of Soft Robots Driven by Embedded Artificial Muscles: an Example using Twisted-and-Coiled Actuators
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嵌入式人工肌肉驱动的软体机器人的建模和仿真：使用扭曲和卷绕执行器的示例
DOI：
10.23919/acc53348.2022.9867442
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Jianguo Zhao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiefeng Sun;Jianguo Zhao
近年来，软机器人在操作和运动方面得到了广泛的研究。然而，目前软机器人的设计和开发工作量很大，但由于建模和控制困难，在建模和控制方面滞后。在本文中，我们提出了一个基于物理的分析框架来模拟由扭曲和卷曲致动器（TCAs）驱动的软机器人，TCAs是一种人造肌肉，可以在软机器人的软体中以任意形状排列以实现可编程运动。该框架可以模拟1)多个TCAs在一个软体内的复杂路径，2)在其驱动过程中，软体内与TCAs之间的耦合效应。当未被驱动时，软体内的TCA是一种对抗弹性元件，可以抑制运动的幅度并增加机器人的刚度。通过将多个模块堆叠在一起，我们模拟了具有三维弯曲、扭曲和抓取运动的柔性机械臂的连续运动。提出的建模和仿真方法将有助于设计、优化和控制由tca或其他类型的人造肌肉驱动的软机器人。
Soft robots have been intensively investigated for manipulation and locomotion in recent years. However, the current state of soft robotics has significant design and development work but lags in modeling and control due to the difficulty in modeling them. In this paper, we present a physics-based analytical framework to model soft robots driven by Twisted-and-Coiled Actuators (TCAs), an artificial muscle that can be arranged in arbitrary shapes in the soft body of a soft robot to achieve programmable motions. The framework can model 1) the complicated routes of multiple TCAs in a soft body and 2) the coupling effect between the soft body and the TCAs during their actuation process. When not actuated, a TCA in the soft body is an antagonistic elastic element that restrains the magnitude of the motion and increases the stiffness of the robot. By stacking several modules together, we simulate the sequential motion of a soft robotic arm with three-dimensional bending, twisting, and grasping motion. The presented modeling and simulation approach will facilitate the design, optimization, and control of soft robots driven by TCAs or other types of artificial muscles.
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由扭转线圈致动器驱动的软机械手的动态建模*
DOI：
10.1109/cdc.2018.8618743
发表时间：
2018
期刊：
2018 IEEE Conference on Decision and Control (CDC
影响因子：
--
作者：
Pawlowski, Ben;Sun, Jiefeng;Zhao, Jianguo
通讯作者：
Zhao, Jianguo
DOI：
10.1109/icra40945.2020.9196737
发表时间：
2020-05
期刊：
2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
影响因子：
--
作者：
Jiefeng Sun;Brandon Tighe;Jianguo Zhao
通讯作者：
Jiefeng Sun;Brandon Tighe;Jianguo Zhao
影响因子：
7.8
作者：
Jiefeng Sun;Jianguo Zhao
通讯作者：
Jiefeng Sun;Jianguo Zhao
由扭转线圈致动器驱动的软机器人建模
影响因子：
6.4
作者：
Pawlowski, Benjamin;Sun, Jiefeng;Zhao, Jianguo
通讯作者：
Zhao, Jianguo
影响因子：
16.6
作者：
Zhang, Xiaotian;Chan, Fan Kiat;Gazzola, Mattia
通讯作者：
Gazzola, Mattia