Geometrisch exakte Modelle für weiche robotische Manipulatoren

Im Gegensatz zu herkömmlichen starren verlinkten Robotern können sich weiche robotische Manipulatoren aufgrund von Steuerungseingaben und gravitativer Belastung in eine Vielzahl komplexer Formen biegen. Dieses Papier stellt einen neuen Ansatz zur Modellierung weicher robotischer Manipulatoren vor, der die Auswirkungen von Materialnichtlinearitäten sowie verteiltem Gewicht und Last einbezieht. Das Modell ist geometrisch exakt für die häufig in diesen Manipulatoren auftretende große Krümmung, Scherung, Torsion und Dehnung. Das Modell basiert auf der geometrisch exakten Cosserat-Stabtheorie und einem faserverstärkten Modell der Luftmuskelaktuatoren. Das Modell wurde experimentell am OctArm V-Manipulator validiert, wobei ein durchschnittlicher Fehler von weniger als 5 % für eine breite Palette von Betätigungsdrücken und Basisausrichtungen gezeigt wurde, verglichen mit fast 50 % durchschnittlichem Fehler für das zuvor von Forschern verwendete Modell mit konstanter Krümmung. Arbeitsplatzdiagramme, die aus dem Modell erzeugt wurden, zeigen die signifikanten Auswirkungen des Eigengewichts auf OctArm V.