論文の概要: Systematic Analysis of Coupling Effects on Closed-Loop and Open-Loop Performance in Aerial Continuum Manipulators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18684v1
• Date: Sat, 21 Feb 2026 01:18:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.236432
• Title: Systematic Analysis of Coupling Effects on Closed-Loop and Open-Loop Performance in Aerial Continuum Manipulators
• Title（参考訳）: 空中連続マニピュレータの閉ループと開ループ性能に対する結合効果の系統解析
• Authors: Niloufar Amiri, Shayan Sepahvand, Iraj Mantegh, Farrokh Janabi-Sharifi,
• Abstract要約: 本稿では,空中連続体マニピュレータ(ACM)の動的モデリングに対する2つの異なるアプローチについて検討する。 第一の目的は、分離されたモデルが結合されたモデルに匹敵する精度に達する条件を決定することである。 この解析を閉ループ性能に拡張するため、新しいダイナミックスベースの比例微分スライディングモード画像ベースビジュアルサーボコントローラを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6524460254566903
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This paper investigates two distinct approaches to the dynamic modeling of aerial continuum manipulators (ACMs): the decoupled and the coupled formulations. Both open-loop and closed-loop behaviors of a representative ACM are analyzed. The primary objective is to determine the conditions under which the decoupled model attains accuracy comparable to the coupled model while offering reduced computational cost under identical numerical conditions. The system dynamics are first derived using the Euler--Lagrange method under the piecewise constant curvature (PCC) assumption, with explicit treatment of the near-zero curvature singularity. A decoupled model is then obtained by neglecting the coupling terms in the ACM dynamics, enabling systematic evaluation of open-loop responses under diverse actuation profiles and external wrenches. To extend the analysis to closed-loop performance, a novel dynamics-based proportional-derivative sliding mode image-based visual servoing (DPD-SM-IBVS) controller is developed for regulating image feature errors in the presence of a moving target. The controller is implemented with both coupled and decoupled models, allowing a direct comparison of their effectiveness. The open-loop simulations reveal pronounced discrepancies between the two modeling approaches, particularly under varying torque inputs and continuum arm parameters. Conversely, the closed-loop experiments demonstrate that the decoupled model achieves tracking accuracy on par with the coupled model (within subpixel error) while incurring lower computational cost.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,空中連続体マニピュレータ(ACM)の動的モデリングに対する2つの異なるアプローチについて検討する。 代表ACMのオープンループ挙動とクローズループ挙動の両方を解析する。 第一の目的は、分離されたモデルが結合されたモデルに匹敵する精度を得る条件を決定することであり、同じ数値条件下で計算コストを削減できる。 系の力学は、まずEuler--Lagrange法を用いて、ほぼゼロに近い曲率特異点を明示的に扱いながら、ピースワイズ定数曲率(PCC)の仮定に基づいて導出される。 次に、ACM力学における結合項を無視し、多様なアクティベーションプロファイルと外部レンチの下でオープンループ応答の系統的評価を行うことにより、デカップリングモデルを得る。 この解析をクローズループ性能に拡張するため,移動目標の存在下での画像特徴誤差を制御するために,新しいダイナミックスベースの比例微分スライディングモード画像ベースビジュアルサーボ(DPD-SM-IBVS)コントローラを開発した。 コントローラは結合モデルと分離モデルの両方で実装され、それらの効果を直接比較することができる。 オープンループシミュレーションでは、2つのモデリング手法、特にトルク入力と連続腕パラメータの違いが明らかになっている。 逆に、閉ループ実験では、分離されたモデルが(サブピクセル誤差を伴わない)結合モデルと同等に追跡精度を達成し、計算コストの低減を図っている。

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