Rezension: “Datengesteuertes kinematisches Modell von PneuNets Bending Actuators für weiche Greifaufgaben”
Inhaltsübersicht
Die Soft-Robotik ist ein Trendbereich der Robotik, der sich mit der Entwicklung von Robotern aus nachgiebigen Materialien beschäftigt, die das Verhalten biologischer Organismen nachahmen. Pneumatische künstliche Muskeln sind eine Art von weichen Aktuatoren, die aufgrund ihrer einfachen Struktur, ihrer geringen Kosten und ihres hohen Leistungsgewichtes große Aufmerksamkeit erlangt haben. In diesem Artikel besprechen wir ein Papier mit dem Titel “Datengesteuertes kinematisches Modell von PneuNets Bending Actuators für weiche Greifaufgaben” von Ciprian Lapusan, Olimpiu Hancu und Ciprian Rad, in dem die Autoren ein datengesteuertes kinematisches Modell vorschlagen, um die Form und den Öffnungsgrad eines weichen PneuNets-Greifers in Abhängigkeit von dem angelegten Drucksignal zu schätzen.
Einführung
Der Artikel beginnt mit einer Einführung in das Konzept der Soft-Robotik und die möglichen Anwendungen von PneuNets-Biegeaktoren bei Soft-Greifer-Aufgaben. Die Autoren heben die Herausforderungen hervor, die mit der Steuerung von Form und Position dieser weichen Aktoren aufgrund ihres nichtlinearen Verhaltens und des Mangels an genauen Modellen verbunden sind. Eine Herausforderung bei der Verwendung von PneuNets-Biegeaktoren ist die genaue Modellierung ihres Verhaltens. Um die Bewegung eines PneuNets-Biegeaktors zu steuern, muss man genau wissen, wie sich der Aktor verhält, wenn er verschiedenen Druckstufen ausgesetzt ist. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung von PneuNets-Biegewandlern in weichen Greifvorgängen, bei denen die Form des Wandlers einen direkten Einfluss auf die Fähigkeit des Greifers hat, ein Objekt zu greifen.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat eine Gruppe von Forschern ein datengesteuertes kinematisches Modell von PneuNets-Biegeaktoren für weiche Greifaufgaben vorgeschlagen. Dieses Modell verwendet eine Reihe von Näherungsfunktionen, die aus experimentellen Daten und einem äquivalenten seriellen Mechanismus abgeleitet wurden, um das freie Biegeverhalten eines PneuNets-Aktuators auf der Grundlage des angelegten Drucksignals abzuschätzen.
Das vorgeschlagene Modell bietet mehrere Vorteile gegenüber früheren Methoden zur Modellierung von PneuNets-Biegeaktoren. Zum einen ermöglicht es eine Echtzeitschätzung der Form und des Öffnungsgrads eines PneuNets-Softgreifers. Dadurch eignet es sich für die Implementierung in Echtzeitanwendungen, die eine sanfte Greifplanung und Größenerkennung von zerbrechlichen Objekten mit unterschiedlichen Größen und Formen beinhalten.
Darüber hinaus ist das vorgeschlagene Modell für sensorlose/selbsterkennende Biegeregelungsalgorithmen von PneuNets-Aktuatoren anwendbar. Dies ist wichtig, denn es ermöglicht eine präzisere und genauere Steuerung der Bewegung des Aktuators, was wiederum eine präzisere und genauere Steuerung des Greifers ermöglicht.
Die Forscher testeten ihr Modell an einem handelsüblichen PneuNets-Aktuator mit abnehmender Kammerhöhe, der von uns, SoftGripping, hergestellt wird. Das Modell wurde durch eine Reihe von Experimenten validiert, bei denen die Form und die Elementarverschiebungen mit Hilfe einer digitalen Bildverarbeitungstechnik gemessen wurden. Die experimentellen Daten und die geschätzten Daten aus dem DAK-Modell wurden verglichen und analysiert.
Insgesamt bietet das vorgeschlagene datengesteuerte kinematische Modell von PneuNets-Biegeaktoren für Softgrip-Aufgaben einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Softrobotik. Durch die Echtzeitabschätzung der Form und des Öffnungsgrads eines PneuNets-Softgrippers hat dieses Modell das Potenzial, eine präzisere und genauere Steuerung von Softgrippern in einer Vielzahl von Anwendungen zu ermöglichen.
Die Autoren erörtern kurz die vorhandenen Methoden zur Modellierung des Verhaltens pneumatischer künstlicher Muskeln, einschließlich analytischer Modelle, numerischer Modelle und empirischer Modelle. Sie verdeutlichen die Grenzen dieser Ansätze und den Bedarf an genaueren und zuverlässigeren Modellen.
Die Autoren schlagen ein neuartiges datengesteuertes kinematisches Approximationsmodell (DAK) vor, um die Form und den Öffnungsgrad eines weichen PneuNets-Greifers in Abhängigkeit von dem angelegten Drucksignal zu schätzen. Das DAK-Modell schätzt das freie Biegeverhalten eines PneuNets-Aktuators (weicher Greiffinger) auf der Grundlage einer Reihe von Näherungsfunktionen, die aus experimentellen Daten und einem äquivalenten seriellen Mechanismus abgeleitet wurden, der die Form des Aktuators nachahmt. Das Modell wurde für einen handelsüblichen PneuNets-Aktuator mit abnehmender Kammerhöhe getestet, der von unserer Firma SoftGripping hergestellt wird.
Experimentelle Validierung
Die Autoren führten Experimente durch, um das vorgeschlagene DAK-Modell zu validieren. Die Form und die elementaren Verschiebungen wurden mit einer digitalen Bildverarbeitungstechnik gemessen. Die experimentellen Daten und die geschätzten Daten aus dem DAK-Modell wurden verglichen und analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das vorgeschlagene DAK-Modell eine hohe Genauigkeit aufweist und die Form und den Öffnungsgrad des PneuNets-Softgrippers in Echtzeitanwendungen einschätzen kann, die die Planung des Softgripings und die Größenerkennung von zerbrechlichen Objekten mit unterschiedlichen Größen und Formen beinhalten.
Die Autoren verglichen ihr vorgeschlagenes DAK-Modell mit den bestehenden Methoden zur Modellierung des Verhaltens pneumatischer künstlicher Muskeln, einschließlich analytischer Modelle, numerischer Modelle und empirischer Modelle. Die Ergebnisse zeigen, dass das DAK-Modell die anderen Methoden in Bezug auf Genauigkeit, Rechenzeit und Realisierbarkeit für Echtzeitanwendungen übertrifft.
Zusammenfassend schlagen die Autoren ein neuartiges datengesteuertes kinematisches Modell zur Schätzung der Form und des Öffnungsgrads eines PneuNets Softgrippers in Abhängigkeit vom angelegten Drucksignal vor. Das vorgeschlagene DAK-Modell weist eine hohe Genauigkeit und einen geringen Rechenaufwand auf und eignet sich für Echtzeitanwendungen, die eine sanfte Greifplanung und Größenerkennung von zerbrechlichen Objekten mit unterschiedlichen Größen und Formen beinhalten. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Modells, und es übertrifft die bestehenden Methoden zur Modellierung des Verhaltens von pneumatischen künstlichen Muskeln.
Übrigens, in dieser Arbeit wird ein SoftGripping Actuator aus unserem Shop verwendet:
Häufig gestellte Fragen
1. Was ist Soft-Robotik?
Die weiche Robotik ist ein aufstrebendes Gebiet, das sich mit der Entwicklung von Robotern aus nachgiebigen Materialien beschäftigt, die das Verhalten biologischer Organismen nachahmen.
2. Was sind PneuNets-Biegewandler?
PneuNets-Biegeaktoren sind eine Art von weichen Aktoren, die aufgrund ihres einfachen Aufbaus, ihrer geringen Kosten und ihres hohen Leistungsgewichts erhebliche Aufmerksamkeit erlangt haben. Sie bestehen aus einem weichen Elastomerschlauch, der mit Druckluft aufgeblasen wird, wodurch sich der Schlauch verbiegt und Bewegungen erzeugt. PneuNets-Biegeaktoren haben das Potenzial, in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt zu werden, darunter Soft-Robotik, tragbare Geräte und Biomedizintechnik.
Unter Hochgeschwindigkeitsrobotik versteht man den Einsatz von Robotern zur Ausführung von Aufgaben, die hohe Geschwindigkeit und Präzision erfordern. Beispiele hierfür sind Fließbandarbeiten oder Pick-and-Place-Operationen.
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Alexey Stepanyuk
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