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Nonlinear Modes as a Tool for Comparing the Mathematical Structure of Dynamic Models of Soft Robots

Pustina, Pietro und Calzolari, Davide und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und De Luca, Alessandro und Della Santina, Cosimo (2024) Nonlinear Modes as a Tool for Comparing the Mathematical Structure of Dynamic Models of Soft Robots. In: 7th IEEE International Conference on Soft Robotics, RoboSoft 2024, Seiten 779-785. IEEE. 2024 IEEE 7th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft), 2024-04-14, San Diego, CA, USA. doi: 10.1109/RoboSoft60065.2024.10521987. ISBN 979-835038181-8.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10521987

Kurzfassung

Continuum soft robots are nonlinear mechanical systems with theoretically infinite degrees of freedom (DoFs) that exhibit complex behaviors. Achieving motor intelligence under dynamic conditions necessitates the development of control-oriented reduced-order models (ROMs), which employ as few DoFs as possible while still accurately capturing the core characteristics of the theoretically infinite-dimensional dynamics. However, there is no quantitative way to measure if the ROM of a soft robot has succeeded in this task. In other fields, like structural dynamics or flexible link robotics, linear normal modes are routinely used to this end. Yet, this theory is not applicable to soft robots due to their nonlinearities. In this work, we propose to use the recent nonlinear extension in modal theory -called eigenmanifolds- as a means to evaluate control-oriented models for soft robots and compare them. To achieve this, we propose three similarity metrics relying on the projection of the nonlinear modes of the system into a task space of interest. We use this approach to compare quantitatively, for the first time, ROMs of increasing order generated under the piecewise constant curvature (PCC) hypothesis with a high-dimensional finite element (FE)-like model of a soft arm. Results show that by increasing the order of the discretization, the eigenmanifolds of the PCC model converge to those of the FE model.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208675/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Nonlinear Modes as a Tool for Comparing the Mathematical Structure of Dynamic Models of Soft Robots
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pustina, PietroUniversita di Roma “La Sapienza”NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Calzolari, DavideDavide.Calzolari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0165-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074171806090
De Luca, AlessandroUniversita di Roma “La Sapienza”https://orcid.org/0000-0002-0713-5608NICHT SPEZIFIZIERT
Della Santina, CosimoCosimo.DellaSantina (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1067-1134NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Mai 2024
Erschienen in:7th IEEE International Conference on Soft Robotics, RoboSoft 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/RoboSoft60065.2024.10521987
Seitenbereich:Seiten 779-785
Verlag:IEEE
ISBN:979-835038181-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:soft robots
Veranstaltungstitel:2024 IEEE 7th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft)
Veranstaltungsort:San Diego, CA, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:14 April 2024
Veranstalter :IEEE
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
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)
Hinterlegt von: Strobl, Dr.-Ing. Klaus H.
Hinterlegt am:15 Nov 2024 14:19
Letzte Änderung:15 Nov 2024 14:19

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