Learning Closed Loop Kinematic Controllers for Continuum Manipulators in Unstructured Environments

运动学 计算机科学 控制工程 控制理论(社会学) 冗余(工程) 机器人末端执行器 机器人 非线性系统 人工智能 工程类 控制(管理) 物理 量子力学 经典力学 操作系统
作者
Thomas George Thuruthel,Egidio Falotico,Mariangela Manti,Andrea Pratesi,Matteo Cianchetti,Cecilia Laschi
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:4 (3): 285-296 被引量:136
标识
DOI:10.1089/soro.2016.0051
摘要

This article introduces a machine-learning-based approach for closed loop kinematic control of continuum manipulators in the task space. For this purpose, we propose a unique formulation for learning the inverse kinematics of a continuum manipulator while integrating end-effector feedback. We demonstrate that this model-free approach for kinematic control is very well suited for nonlinear stochastic continuum robots. The article addresses problems that are vital for practical realization of machine-learning techniques. The primary objective is to solve the redundancy problem while making the algorithm scalable, fast, and tolerant to stochasticity, requiring minimal sensor elements and involving few open parameters for tuning. In addition, we demonstrate that the proposed controller can exhibit adaptive behavior in the presence of external forces and in an unstructured environment with the help of the morphological properties of the manipulator. Experimental validation of the proposed controller is done on a six-degree-of-freedom tendon-driven manipulator for pose control of the end effector in three-dimensional space with and without external forces. The experimental results exhibit accurate, reliable, and adaptive behavior of the proposed system, which appears suitable for the field of continuum service robots.
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