A Deep Learning Framework for Soft Robots with Synthetic Data

人工智能 计算机科学 机器人 人工神经网络 合成数据 深度学习 过程(计算) 机器学习 数据驱动 操作系统
作者
Shageenderan Sapai,Junn Yong Loo,Ze Yang Ding,Chee Pin Tan,Vishnu Monn Baskaran,Surya G. Nurzaman
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:10 (6): 1224-1240 被引量:6
标识
DOI:10.1089/soro.2022.0188
摘要

Data-driven methods with deep neural networks demonstrate promising results for accurate modeling in soft robots. However, deep neural network models rely on voluminous data in discovering the complex and nonlinear representations inherent in soft robots. Consequently, while it is not always possible, a substantial amount of effort is required for data acquisition, labeling, and annotation. This article introduces a data-driven learning framework based on synthetic data to circumvent the exhaustive data collection process. More specifically, we propose a novel time series generative adversarial network with a self-attention mechanism, Transformer TimeGAN (TTGAN) to precisely learn the complex dynamics of a soft robot. On top of that, the TTGAN is incorporated with a conditioning network that enables it to produce synthetic data for specific soft robot behaviors. The proposed framework is verified on a widely used pneumatic-based soft gripper as an exemplary experimental setup. Experimental results demonstrate that the TTGAN generates synthetic time series data with realistic soft robot dynamics. Critically, a combination of the synthetic and only partially available original data produces a data-driven model with estimation accuracy comparable to models obtained from using complete original data.
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