力・トルク、屈曲性、制御性を考慮したソフトアクチュエータの近似構造による最適設計
Optimized Design of a Soft Actuator Considering Force/Torque, Bendability, and Controllability via an Approximated Structure
ソフト空気圧アクチュエータを片持ち梁で近似し、非線形運動学モデルと動力学モデルを導出して最適化問題を解くことで、力・トルク、屈曲角度、固有振動数を両立させる寸法パラメータを決定する設計手法を提案した。
著者: Wu-Te Yang, Burak Kurkcu, Masayoshi Tomizuka
分類: cs.RO
原文アブストラクト
This paper introduces a novel design method that enhances the force/torque, bendability, and controllability of soft pneumatic actuators (SPAs). The complex structure of the soft actuator is simplified by approximating it as a cantilever beam. This allows us to derive approximated nonlinear kinematic models and a dynamical model, which is explored to understand the correlation between natural frequency and dimensional parameters of SPA. The design problem is then transformed into an optimization problem, using kinematic equations as the objective function and the dynamical equation as a constraint. By solving this optimization problem, the optimal dimensional parameters are determined. Six prototypes are manufactured to validate the proposed approach. The optimal actuator successfully generates the desired force/torque and bending angle, while its natural frequency remains within the constrained range. This work highlights the potential of using optimization formulation and approximated nonlinear models to boost the performance and dynamical properties of soft pneumatic actuators.
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