A Kinetostatic Model for Concentric Push–Pull Robots
A Kinetostatic Model for Concentric Push–Pull Robots
复制标题
同心推拉机器人的静动模型
DOI：
10.1109/tro.2023.3327811
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发表时间：
2024
影响因子：
7.8
通讯作者：
Rucker, Caleb
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Childs, Jake A.;Rucker, Caleb
同心推拉机器人（CPPR）通过同心嵌套的机械相互作用，激光切割管偏移刚度中心。管的远端头端彼此连接，并且管座的相对位移在CPPR中产生弯曲。以前的CPPR运动学模型假设两个管，平面形状，没有扭转，没有外部载荷。在这篇文章中，我们开发了一个新的，更一般的CPPR模型占任何数量的管，描述其可变曲率的三维形状时，驱动，包括扭转和外部载荷的影响。为了实现这一点，我们采用修改后的基尔霍夫杆模型为每个管（偏移刚度中心），并嵌入同心度的约束。我们使用的能量方法来确定机器人的形状作为驱动和外部负载的函数。我们通过实验验证原型CPPR与两个管和三个管和非恒定的激光切割模式，创建可变的曲率和刚度的动力学模型。实验结果与模型一致，为将该模型用于CPPR的设计优化、规划和控制奠定了基础。
Concentric push–pull robots (CPPR) operate through the mechanical interactions of concentrically nested, laser-cut tubes with offset stiffness centers. The distal tips of the tubes are attached to each other, and relative displacement of the tube bases generates bending in the CPPR. Previous CPPR kinematic models assumed two tubes, planar shapes, no torsion, and no external loads. In this article, we develop a new, more general CPPR model accounting for any number of tubes, describing their variable-curvature 3-D shape when actuated, including the effects of torsion and external loads. To accomplish this, we employ a modified Kirchhoff rod model for each tube (with an offset stiffness center) and embed the constraints of concentricity. We use an energy method to determine robot shape as a function of actuation and external loading. We experimentally validate this kinetostatic model on prototype CPPRs with two tubes and three tubes and nonconstant laser-cut patterns that create variable curvature and stiffness. Experimental results agree with the model, paving the way for the use of this model in design optimization, planning, and control of CPPRs.
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同心推拉机器人：平面建模和设计
影响因子：
7.8
作者：
Oliver-Butler, Kaitlin;Childs, Jake A.;Daniel, Adam;Rucker, D. Caleb
通讯作者：
Rucker, D. Caleb
影响因子：
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作者：
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横向各向异性稳定同心管机器人
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Gilbert, Hunter B.
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Rucker C
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