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Model-Based Control for Soft Robots With System Uncertainties and Input Saturation

Shao, Xiangyu und Pustina, Pietro und Stölzle, Maximilian und Sun, Guanghui und De Luca, Alessandro und Wu, Ligang und Della Santina, Cosimo (2023) Model-Based Control for Soft Robots With System Uncertainties and Input Saturation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Seiten 1-10. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TIE.2023.3303636. ISSN 0278-0046.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10229939

Kurzfassung

Model-based strategies are a promising solution to the grand challenge of equipping continuum soft robots with motor intelligence. However, finite-dimensional models of these systems are inherently inaccurate, thus posing pressing robustness concerns. Moreover, the actuation space of soft robots is usually limited. This article aims at solving both these challenges by proposing a robust model-based strategy for the shape control of soft robots with system uncertainty and input saturation. The proposed architecture is composed of two key components. First, we propose an observer that estimates deviations between the theoretical model and the soft robot, ensuring that the estimation error converges to zero within finite time. Second, we introduce a sliding mode controller to regulate the soft robot shape while fulfilling saturation constraints. This controller uses the observer's output to compensate for the deviations between the real system and the established model. We prove the convergence of the closed-loop with theoretical analysis and the method's effectiveness with simulations and experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197516/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Model-Based Control for Soft Robots With System Uncertainties and Input Saturation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Shao, XiangyuNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-7779-2267NICHT SPEZIFIZIERT
Pustina, PietroNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-0368-5626NICHT SPEZIFIZIERT
Stölzle, MaximilianNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-2608-9758NICHT SPEZIFIZIERT
Sun, GuanghuiNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-1623-2220NICHT SPEZIFIZIERT
De Luca, AlessandroNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-0713-5608NICHT SPEZIFIZIERT
Wu, LigangNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-8198-5267NICHT SPEZIFIZIERT
Della Santina, CosimoCosimo.DellaSantina (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1067-1134NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 August 2023
Erschienen in:IEEE Transactions on Industrial Electronics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/TIE.2023.3303636
Seitenbereich:Seiten 1-10
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0278-0046
Status:veröffentlicht
Stichwörter:soft robots
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Roboterdynamik & Simulation [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Strobl, Dr. Klaus H.
Hinterlegt am:24 Sep 2023 06:25
Letzte Änderung:24 Sep 2023 06:25

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