This study proposed a new method to design a robot manipulator control system capable of tracking the trajectories of joint angles in a reasonable accuracy to cover with actual situation of varying payload, uncertain parameters, and time delay. The direct adaptive model following control method has been used to improve existing industrial robot manipulator control system design. The proposed robot manipulator controller is operated by adjusting its gains based on the response of the manipulator in such a way that the manipulator closely matches the reference model trajectories predefined by the designer. The manipulator control system studied has two loops: they are an inner loop on adaptive model following controller to compensate nonlinearity in the manipulator dynamic equation and to decouple the coupling terms and an outer loop of state feedback controller with integral action to guarantee the stability of the adaptive scheme. This adaptation algorithm is based on the hyperstability approach with an improved Lyapunov function. The coupling among joints and the nonlinearity in the dynamic equation are explicitly considered. The designed manipulator controller shows good tracking performance in various cases, load variation, parameter uncertainties. and time delay. Since the proposed adaptive control method requires only a small number of parameters to be estimated, the controller has a relatively simple structure compared to the other adaptive manipulator controllers. Therefore, the method used is expected to be well suited for a high performance robot controller under practical operation environments.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제24권1호
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pp.17-22
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2024
The objective of this work is to design a low cost yet fully functional 4-DOF articulate manipulator for educational applications. The design is based on general purpose, programmable smart servo motors namely the Dynamixel Ax-12. The mechanism for motion was developed by formulating the equations of kinematics and subsequent solutions for joint space variables. The trajectory of end-effector in joint variable space was determined by interpolation of a 3rd order polynomial. The solutions were verified through computer simulations and ultimately implemented on the hardware. Owing to the feedback from the built-in sensors, it is possible to correct the positioning error due to loading effects. The proposed solution offers an efficient and cost-effective platform to study the trajectory planning as well as dynamics of the manipulator.
This paper presents a decentralized adaptive controller design for a robot manipulator to track the given desired trajectory in the joint space. The controller is of distributed structure and does not require the complex manipulator dynamic model, thereby it is computationally very efficient. Each joint is independently controlled by a PID feedback part and a velocity-acceleration feedforward part. Simulation results for a two-link direct drive manipulator conform that the proposed decentralized scheme is feasible.
This articles describes a novel design elastic joint manipulator for a mobile robot, which works in an office environment with humans. The primary goal of this manipulator design is safeness on collision and contact. To achieve this, each joint is made of an elastic element and this is driver with a high ratio gear tram. The performance was verified, however, it has a serious drawback. It produce vibration, due to the elastic joints and high ratio gear train. We found that a sliding mode controller has an excellent performance for reducing such vibration. Results of computer simulation and experiments are shown.
The robust predictive control law which use the bound estimation is proposed for uncertain robot manipulators. Since the control design of a real manipulator system may often be made on the basis of the imperfect knowledge about model, it´s an important tend to design a robust control law that will guarantee the desired performance of the manipulator under uncertain elements. In the preceeding work, the robust predictive control law was proposed. In this work, we propose a class of robust predictive control of manipulators with the bound estimate technique and fe stability based on Lyapunov function is presented.
Robots are widely utilized in many fields, and various demands need customized robots. This study proposes an optimal design method based on swarm intelligence for selecting the kinematic parameter of a manipulator according to the task space trajectory desired by the user. The optimal design method is dealt with herein as an optimization problem. This study is based on swarm intelligence-based optimization algorithms (i.e., ant colony optimization (ACO) and particle swarm optimization algorithms) to determine the optimal kinematic parameters of the manipulator. The former is used to select the optimal kinematic parameter values, whereas the latter is utilized to solve the inverse kinematic problem when the ACO determines the parameter values. This study solves a design problem with the PUMA 560 when the desired task space trajectory is given and discusses its results in the simulation part to verify the performance of the proposed design.
Kim, Bong-Seok;Yun, Seung-Kook;Kang, Sung-Chul;Hwang, Chang-Soon;Kim, Mun-Sang;Song, Jae-Bok
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
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pp.1679-1683
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2005
This paper suggests the new type of a joint torque sensor which is attached at each joint of a manipulator for making compliance. Previous six axis force/torque sensors are high cost and installed end-effector of the manipulator. However, torque on links of previous an end-effector cannot be measured. We design a joint torque sensor that can be fully integrated with an actuator in order to measure applying torque of the manipulator. The sensor system is designed through the structural analysis. The proposed joint torque sensors are installed to the 6 DOF manipulator of a mobile robot for hazardous works and we implemented experiments of measuring applied torque to the manipulator. By the experiment, we proved that the proposed low-cost joint torque sensor gives acceptable performance when we control a manipulator.
Having flexibility in a manipulator will degrade trajectory tracking control and manipulator tip positioning. In practice, however, constraints imposed by various operating requirements, will render the presence of such flexibility unavoidable. The dynamic analysis of the flexible manipulator is essential in designing proper control systems. A flexible manipulator consists of infinite number of elastic modes and the modes are usually coupled to each other. For the practicality, however, it is usually assumed that the flexible system consists of finite number of elastic modes and the modes are decoupled. These assumptions result in a linear and decoupled mathematical model of the flexible manipulator and simplify the analysis of the dynamic behavior and the design of the control system. The decoupling and linearization of the flexible link, however, has been assumed without in depth analysis. This paper focuses on the analysis of the significance of the non-linear coupling factors.
In this paper, we propose an optimal design for starfish capturing manipulator module with four-bar linkage mechanism. A tool link with compliance is attached on the four-bar linkage, and the tool repeats detaching starfish from the ground and putting it into the storage box. Since the tool is not rigid and the manipulator is operating underwater, the trajectory of the tool tip is determined by its dynamics as well as kinematics. We analyzed the trajectory of the manipulator tool tip by quasi-static analysis considering both kinematics and dynamics. In optimization, the lengths of each link and the tool stiffness are considered as control variables. To maximize the capturing ability, capturing stroke of the four-bar manipulator trajectory is maximized. Reaction force and reaction moment, and other kinematic constraints were considered as inequality constraints.
In this study, the structural deflection analysis of robot manipulator for removing nuclear fuel rod from nuclear reactor vessel is performed by using general purpose finite element code (ANSYS). The structural deflection analysis results reported in this study is very required for the accurate design of robot system. The structural deflection analysis for the manipulator's structural status at which the gripper grasps and draws up the nuclear fuel rod is done, For this beginning structural status of robot manipulator's removing motion, the reaction forces at each joint have static maximum values as reported in the reference(6), and so these forces may cause the maximum deflection of robot structure. The structural deflection analysis is performed for selected four working cases of the proposed structural model and results on deformation, stress for the manipulator's solid body and the deflection at the end of robot manipulator's gripper are calculated. And further, the same analysis is performed for the slenderer manipulator with cross section reduced by one-fifth of each side length of proposed model. The analysis is performed not only for the nuclear fuel rod with weight load of 300kg but also for nuclear fuel rods with weight loads of 100kg, 200kg, 400kg and 500kg. The static structural deflection analysis results show that the deflection value increases as the load increases and the largest value (corresponding to the weight load of 500kg in case 1) is much smaller than the gap distance between nuclear fuel rods. but the largest value for the slenderer manipulator is almost as large as the gap distance, Hence, conclusively, the proposed manipulator's structural model is acceptably safe for mechanical design of robot system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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