2023 Fiscal Year Final Research Report

Soft Robotics Control Engineering by Combining Probabilistic Model-Based Control and Sensor Feedback

Research Project

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Project/Area Number	20H00610
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	Tahara Kenji 九州大学, 工学研究院, 教授 (80392033)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	入澤寿平岐阜大学, 工学部, 准教授 (30737333) 木野仁中京大学, 工学部, 教授 (50293816) 高木賢太郎豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007) 佐藤訓志大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60533643) 舛屋賢宮崎大学, 工学部, 准教授 (60796358)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	ソフトロボティクス / 人工筋肉 / 確率モデル / 状態推定 / モデル化
Outline of Final Research Achievements	To establish a comprehensive control framework for soft robotics, this study focuses on the modeling and control of nylon artificial muscles. By addressing the challenge of accurate position and force measurement in artificial muscles, we developed a method to converge them precisely to the desired targets. The modeling approach integrates both micro and macro perspectives, and the derived models were utilized to construct control inputs. Additionally, we proposed a state estimation method aimed at sensorless control, which enabled sensorless position and force control through feedback mechanisms. Furthermore, in modeling soft robotic fingers, we introduced a probabilistic parameterization to account for motion variability. Through experimental analysis, we determined the distribution of these parameters and developed a Kalman filter-based approach. This allowed for sensorless estimation of fingertip angles, thereby enhancing the control accuracy of soft robotic fingers.
Free Research Field	ロボティクス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ソフトロボティクスのモデル化・制御の体系化を目的とした研究成果であり，これまでモデル化や制御に対してほとんど手を着けられていなかったソフトロボティクス分野において，先鞭を付けた研究テーマであり，確率モデルの導入等，ソフトロボティクス特有の特性を取り入れることにより，バラツキを許容したモデル化および制御手法を構築することが可能となった．今，モデル化や制御はまさにソフトロボティクスで最も注目を浴びる分野となりつつあり，今後益々発展していく分野である．これらの手法により制御性能が飛躍的に向上することで，産業界などでの実用化が飛躍的に高まることが期待される．