[论文解读] SoRoSim: a MATLAB Toolbox for Soft Robotics Based on the Geometric Variable-strain Approach.
SoRoSim 是一个 MATLAB 工具箱，实现了几何可变应变模型，以实现对混合刚性-柔性开链机器人的高效建模、分析与仿真。它采用递归的两级嵌套求积方案求解该模型，支持多种驱动器、外部载荷及流固耦合，为软体机器人研究提供用户友好的解决方案。
Soft robotics has been a trending topic within the robotics community for almost two decades. However, the available tools for the community to model and analyze soft robotics artifacts are still limited. This paper presents the development of a user-friendly MATLAB toolbox, SoRoSim, that integrates the Geometric Variable Strain model to facilitate the modeling, analysis, and simulation of hybrid rigid-soft open-chain robotic systems. The toolbox implements a recursive, two-level nested quadrature scheme to solve the model. We demonstrate several examples and applications to validate the toolbox and explore the toolbox's capabilities to efficiently model a vast range of robotic systems, considering different actuators and external loads, including the fluid-structure interactions. We think that the soft-robotics research community will benefit from the SoRoSim toolbox for a wide variety of applications.
研究动机与目标
- 为解决软体机器人专用建模与仿真工具有限的问题。
- 开发一个用户友好的 MATLAB 工具箱，以支持对混合刚性-柔性机器人系统的分析。
- 实现几何可变应变模型，以实现对软体机器人系统的精确且高效的仿真。
- 支持对各种驱动器和外部载荷（包括流固耦合）的仿真。
- 提供一个可扩展且可扩展的框架，适用于多种软体机器人应用。
提出的方法
- 该工具箱将几何可变应变模型作为软体机器人系统的核心机械框架实现。
- 采用递归的两级嵌套求积方案，对模型的控制方程进行数值求解。
- 该方法支持结合刚性与柔性构件的开链机器人系统。
- 该工具箱集成了驱动器动力学模型和外部载荷模型，包括流固耦合效应。
- 该实现采用模块化设计，适用于不同软体机器人构型的可扩展性。
- 该工具箱基于 MATLAB 开发，以确保研究人员的可访问性与易用性。
实验结果
研究问题
- RQ1如何在软体机器人仿真工具箱中高效实现几何可变应变模型？
- RQ2该工具箱在多大程度上能够模拟多种类型的驱动器和外部载荷条件？
- RQ3嵌套求积方案是否能确保在软体机器人系统建模中的数值稳定性和准确性？
- RQ4该工具箱在软体机器人系统中处理流固耦合的能力如何？
- RQ5该工具箱在多种混合刚性-柔性机器人构型中的可用性与可扩展性如何？
主要发现
- SoRoSim 工具箱成功地在用户友好的 MATLAB 环境中实现了对混合刚性-柔性机器人系统的几何可变应变模型。
- 递归的两级嵌套求积方案能够准确且高效地求解模型方程。
- 该工具箱支持广泛的驱动器和外部载荷，包括流固耦合。
- 该框架在多种软体机器人系统构型中表现出良好的可扩展性与适应性。
- 该工具箱为复杂软体机器人系统的建模与仿真提供了实用且易访问的工具。
- 该实现使研究人员能够以较低的开发开销探索多种软体机器人应用。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。