Adaptive robust control of soft bending actuators: an empirical nonlinear model-based approach

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作者
Cong Chen,Jun Zou
出处
期刊:Journal of Zhejiang University [Springer Nature]
卷期号:22 (9): 681-694 被引量:13
标识
DOI:10.1631/jzus.a2100076
摘要

Soft robotics, compared with their rigid counterparts, are able to adapt to uncharted environments, are superior in safe human-robot interactions, and have low cost, owing to the native compliance of the soft materials. However, customized complex structures, as well as the nonlinear and viscoelastic soft materials, pose a great challenge to accurate modeling and control of soft robotics, and impose restrictions on further applications. In this study, a unified modeling strategy is proposed to establish a complete dynamic model of the most widely used pneumatic soft bending actuator. First, a novel empirical nonlinear model with parametric and nonlinear uncertainties is identified to describe the nonlinear behaviors of pneumatic soft bending actuators. Second, an inner pressure dynamic model of a pneumatic soft bending actuator is established by introducing a modified valve flow rate model of the unbalanced pneumatic proportional valves. Third, an adaptive robust controller is designed using a backstepping method to handle and update the nonlinear and uncertain system. Finally, the experimental results of comparative trajectory tracking control indicate the validity of the proposed modeling and control method.
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