Three-dimensional modeling of hard-magnetic soft continuum robots with composite magnetoactive elastomers under nonuniform magnetic fields
Notice bibliographique
Résumé
This study presents a novel theoretical and experimental investigation through the development of a comprehensive three-dimensional analytical framework for hard-magnetic soft continuum robots (HMSCRs) actuated by nonuniform magnetic fields, explicitly incorporating the magnetic field gradient generated by a permanent magnet through both magnetic torque and body force, while also accounting for axial strain and gravity. The permanent magnet’s five degrees of freedom, including three translational and two rotational motions, are embedded in the formulation to capture realistic field–structure coupling for arbitrary poses. The geometrically nonlinear behavior of the HMSCR, involving coupled stretching, twisting, and nonplanar bending, is represented using Euler angles. To address Euler singularities, an adaptive switching mechanism is designed to automatically switch between the ZYX and YZX Euler sequences, effectively mitigating gimbal lock. The model is derived from the principle of minimum potential energy and solved using the Galerkin method with a dogleg optimization algorithm. A deep neural network surrogate, trained on finite element magnetic field data and fine-tuned with experimental measurements, enables rapid prediction of nonuniform magnetic fields. A novel experimental setup is developed, featuring a precision-molded HMSCR actuated by a six-degree-of-freedom robotic arm that positions and orients the magnet within a calibrated workspace. The proposed model is validated through benchmark studies, including comparative analyses with quaternion-based formulations and new experiments, all demonstrating excellent agreement between the developed model and experimental and numerical results. Moreover, numerical analyses, including bifurcation analysis, are conducted to assess the three-dimensional nonlinear response of the HMSCR under realistic nonuniform magnetic fields.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».