論文の概要: Trajectory Generation for Underactuated Soft Robot Manipulators using Discrete Elastic Rod Dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.22604v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 22:01:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-25 19:53:37.201485
• Title: Trajectory Generation for Underactuated Soft Robot Manipulators using Discrete Elastic Rod Dynamics
• Title（参考訳）: 離散弾性ロッドダイナミクスを用いた不動ソフトロボットマニピュレータの軌道生成
• Authors: Beibei Liu, Akua K. Dickson, Ran Jing, Andrew P. Sabelhaus,
• Abstract要約: 動的に実現可能な軌道を持つ計画運動は任意の変形を捉えるモデルを必要とする。 本研究は,空気圧式ソフトロボットアームを用いた軌道生成の枠組みを実験的に検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.739506394240299
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Soft robots are well suited for contact-rich tasks due to their compliance, yet this property makes accurate and tractable modeling challenging. Planning motions with dynamically-feasible trajectories requires models that capture arbitrary deformations, remain computationally efficient, and are compatible with underactuation. However, existing approaches balance these properties unevenly: continuum rod models provide physical accuracy but are computationally demanding, while reduced-order approximations improve efficiency at the cost of modeling fidelity. To address this, our work introduces a control-oriented reformulation of Discrete Elastic Rod (DER) dynamics for soft robots, and a method to generate trajectories with these dynamics. The proposed formulation yields a control-affine representation while preserving certain first-principles force-deformation relationships. As a result, the generated trajectories are both dynamically feasible and consistent with the underlying actuation assumptions. We present our trajectory generation framework and validate it experimentally on a pneumatic soft robotic limb. Hardware results demonstrate consistently improved trajectory tracking performance over a constant-curvature-based baseline, particularly under complex actuation conditions.
• Abstract（参考訳）: ソフトロボットは、コンプライアンスのため、コンタクトに富むタスクに適しているが、この特性は正確で扱いやすいモデリングを困難にしている。 動的に実現可能な軌道を持つ計画運動は、任意の変形を捉え、計算効率を保ち、不活性化と互換性を持つモデルを必要とする。 しかし、既存のアプローチはこれらの特性を不均一にバランスさせ、連続棒モデルは物理的精度を提供するが、計算的に要求される。 そこで本研究では,ソフトロボットのための離散弾性ロッド(DER)ダイナミクスの制御指向的再構成と,このダイナミクスを用いた軌道生成手法を提案する。 提案した定式化は、ある第一原理の力-変形関係を保ちながら制御-アフィン表現をもたらす。 その結果、生成された軌道は動的に実現可能であり、基礎となるアクチュエータ仮定と一致している。 本研究は,空気圧式ソフトロボットアームを用いた軌道生成の枠組みを実験的に検証する。 ハードウェアの結果は、特に複雑なアクチュエータ条件下での定曲率ベースライン上での軌道追跡性能を一貫して改善している。

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