Learning-Based Control for Soft Robot–Environment Interaction with Force/Position Tracking Capability

软机器人 控制器(灌溉) 前馈 机器人 机器人学 计算机科学 概率逻辑 人工智能 工程类 控制工程 农学 生物
作者
Zhi Qiang Tang,Wenci Xin,Peiyi Wang,Cecilia Laschi
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert]
卷期号:11 (5): 767-778 被引量:11
标识
DOI:10.1089/soro.2023.0116
摘要

Soft robotics promises to achieve safe and efficient interactions with the environment by exploiting its inherent compliance and designing control strategies. However, effective control for the soft robot-environment interaction has been a challenging task. The challenges arise from the nonlinearity and complexity of soft robot dynamics, especially in situations where the environment is unknown and uncertainties exist, making it difficult to establish analytical models. In this study, we propose a learning-based optimal control approach as an attempt to address these challenges, which is an optimized combination of a feedforward controller based on probabilistic model predictive control and a feedback controller based on nonparametric learning methods. The approach is purely data-driven, without prior knowledge of soft robot dynamics and environment structures, and can be easily updated online to adapt to unknown environments. A theoretical analysis of the approach is provided to ensure its stability and convergence. The proposed approach enabled a soft robotic manipulator to track target positions and forces when interacting with a manikin in different cases. Moreover, comparisons with other data-driven control methods show a better performance of our approach. Overall, this work provides a viable learning-based control approach for soft robot-environment interactions with force/position tracking capability.
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