非同期有限要素モデリングを用いたソフトロボットのリアルタイム制御

有限要素解析は、ソフトロボットの正確な変形モデルを提供できます。しかし、そのようなモデルをリアルタイム制御システムで使用することは非常に難しいです。本論文では、高速制御を可能にし、強いリアルタイム制約に適合する汎用的な解決策を紹介します。低速で計算された有限要素解析から、ロボットの逆モデルがアクチュエータのセットポイント値を出力し、所望の軌道を取得します。この逆問題は、有限要素法によって設定された方程式に基づくQP（ quadratic-programming）アルゴリズムを使用します。更新率性能を向上させるために、変形精度と計算負荷の間のより良いトレードオフを提供する非同期シミュレーションフレームワークを提案します。正確なFEM変形などの複雑な計算は低頻度で行われ、一方で制御は高頻度で強いリアルタイム制約のもとに実行されます。2つのシミュレーションループ（高頻度ループと低頻度ループ）は、時間の経過とともにシステムの機械的精度を保証するために機械的に結合されています。最後に、QP行列の進化に関する測定に基づいてマルチレートシミュレーションの有効性が議論され、高速逆モデルの正当性を実ロボットで検証するための実験的検証が行われます。