論文の概要: Morphology-Specific Closed-Loop Control of Logarithmic-Spiral Continuum Arms via Online Jacobian Error Compensation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.26188v1
• Date: Wed, 24 Jun 2026 13:54:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.025616
• Title: Morphology-Specific Closed-Loop Control of Logarithmic-Spiral Continuum Arms via Online Jacobian Error Compensation
• Title（参考訳）: オンラインジャコビアン誤差補償による対数・呼吸連続腕の形態特異的閉ループ制御
• Abstract要約: 最近報告された対数的スピラルロボットは、スケーラブルな製造と多目的把握を実証したが、逆運動学と閉ループ制御に欠けていた。 本研究は、対数-スピラル連続腕のための最初の形態特異的クローズドループタスク空間制御フレームワークを提示する。 その結果, 対数-呼吸形態とオンラインジャコビアン補償を組み合わせることで, 高度に不安定な連続体マニピュレータの精度, 堅牢, スケーラブルな制御が可能となった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.759803937074699
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Logarithmic spirals are ubiquitous in biological appendages and provide an attractive morphology for continuum manipulators capable of reaching, wrapping, and grasping. Recently reported logarithmic-spiral robots demonstrated scalable fabrication and versatile grasping but lacked inverse kinematics and closed-loop control. This work presents the first morphology-specific closed-loop task-space control framework for logarithmic-spiral continuum arms. A segmented tendon-driven model with a centerline backbone and equilateral tendon routing is developed in MuJoCo to capture tapered compliance and contact dynamics. An analytical task-space Jacobian is derived directly from the logarithmic-spiral kinematics and combined with online Jacobian error compensation using a Broyden secant update and Kalman-filter estimation. The resulting controller continuously corrects modeling errors arising from nonlinear deformation, contact, and geometric mismatch. The framework is validated through planar and spatial simulations, including trajectory tracking, attitude regulation, disturbance rejection, three-dimensional position tracking, and simultaneous position-orientation control. Compared with a piecewise-constant-curvature (PCC) baseline, the proposed method consistently reduces tracking errors, suppresses attitude drift, and maintains a bounded Jacobian estimation error. The controller is further applied to morphology-enabled manipulation tasks, including obstacle-assisted reach-wrap-release motions, adaptive whole-arm grasping, and cooperative multi-arm object handling. Results demonstrate that combining logarithmic-spiral morphology with online Jacobian compensation enables accurate, robust, and scalable control of highly underactuated continuum manipulators. The proposed framework establishes a physics-grounded baseline for future hardware implementation and learning-augmented soft robotic control.
• Abstract（参考訳）: 対数スパイラルは生物学的な付加物の中でユビキタスであり、手を伸ばし、包み、つかむことができる連続体マニピュレータの魅力的な形態を提供する。 最近報告された対数的スピラルロボットは、スケーラブルな製造と多目的把握を実証したが、逆運動学と閉ループ制御に欠けていた。 本研究は、対数-スピラル連続腕のための最初の形態特異的クローズドループタスク空間制御フレームワークを提示する。 テープ状コンプライアンスと接触ダイナミクスを捉えるために,中心線バックボーンと等方性腱ルーティングを備えたセグメント型腱駆動モデルが MuJoCo で開発されている。 解析的タスク空間Jacobianは対数-スピラル運動学から直接導出され、Broyden secant updateとKalman-filter Estimationを用いてオンラインJacobianエラー補償と組み合わせられる。 結果のコントローラは、非線形変形、接触、幾何学的ミスマッチに起因するモデリング誤差を継続的に補正する。 このフレームワークは、軌道追跡、姿勢規制、外乱拒絶、三次元位置追跡、同時位置定位制御など、平面的および空間的シミュレーションによって検証される。 提案手法は,PCCベースラインと比較して,追従誤差を一貫して低減し,姿勢のドリフトを抑制し,有界ヤコビアン推定誤差を抑える。 コントローラは、障害物対応のリーチラップ解除動作、適応的な全腕握り、協調的なマルチアームオブジェクトハンドリングなど、モルフォロジー対応の操作タスクにも適用される。 その結果, 対数-呼吸形態とオンラインジャコビアン補償を組み合わせることで, 高度に不安定な連続体マニピュレータの精度, 堅牢, スケーラブルな制御が可能となった。 提案するフレームワークは,将来のハードウェア実装と学習強化ソフトロボット制御のための物理地上ベースラインを確立する。

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