This survey paper presents a review of control methods for redundant robot manipulators. Use of redundant degree of freedoms by local and global optimization techniques are described in terms of the Jacobian matrix equation for the redundant robot manipulators. Relevant problems for further use of redundant robot manipulators are then discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.181-192
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1995
In this study, we introduce new types of planar 2 degree-of-freedom robot modules resembling the musculoskeletal structure of the human arm with actuation redundancy. First, for the given actuator sizes the performance analysis for the manipulator with redundant actuation and without redundant actuation is performed with respect to maximum load handling capacity, maximum hand velocity, and maximum hand acceleration. Secondly an algorithm which decides optimal actuator sizes for the given operational performances is introduced, and the optimal actuator sizes for a robot module with four redundant actuation are obtained. The algorithms employed in this paper will be useful to analyze the robot performances and to determine the actuator sizes for general robot manipulators.
Park, Jae-Yong;Choi, Jeong-Won;Lee, Suk-Gyu;Park, Ju-Hyun
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.2
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pp.218-224
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2009
This paper proposes an effective SLAM based on redundant extended Kalman filter for robot navigation in an irregular surface to enhance the accuracy of robot's pose. To establish an accurate model of a caterpillar type robot is very difficult due to the mechanical complexity of the system which results in highly nonlinear behavior. In addition, for robot navigation on an irregular surface, its control suffers from the uncertain pose of the robot heading closely related to the condition of the floor. We show how this problem can be overcome by the proposed approach based on redundant extended Kalman filter through some computer simulation results.
Modeling, control and implementation of a real redundant robot with five Degrees Freedom (DOF) of the SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm) manipulator type is presented. Through geometric methods and structural and functional considerations, the inverse kinematics for redundant robot can be obtained. By means of a modification of the classical sliding mode control law through a hyperbolic function, we get a new algorithm which enables reducing the chattering effect of the real actuators, which together with the learning and adaptive controllers, is applied to the model and to the real robot. A simulation environment including the actuator dynamics is elaborated. A 5 DOF robot, a communication interface and a signal conditioning circuit are designed and implemented for feedback. Three control laws are executed in: a simulation structure (together with the dynamic model of the SCARA type redundant manipulator and the actuator dynamics) and a real redundant manipulator of the SCARA type carried out using MatLab/Simulink programming tools. The results, obtained through simulation and implementation, were represented by comparative curves and RMS indices of the joint errors, and they showed that the redundant manipulator, both in the simulation and the implementation, followed the test trajectory with less pronounced maximum errors using the adaptive controller than the other controllers, with more homogeneous motions of the manipulator.
In this paper show how to design a redundant robot which is suitable for the multiple task without any constraints on the workspace. The implementation is possible by the rigid connection of a mobile robot and a task robot. Use a five joint articulated robot as the task robot; designed the 3 joint mobile robot for this usage. For a task execution assigned to the redundant robot, not only the task robot but the mobile robot should work in the coordinated way. therefore, a kinematic connection of the two robots should be cleary represented in a frame. And, also the dynamic interaction between the two robots needs to be analyzed. Clarified these issues considering the control of the redundant robot. Finally, demonstrate away of utilization of the redundancy as the cooperation between the mobile robot and the task robot to execute a common task.
In order to enhance dexterity in execution of robot tasks, a redundant number of degrees-of-freedom (DOF) is adopted for design of robotic mechanisms like robot arms and multi-fingered robot hands. Associated with such redundancy in the number of DOFs relative to the number of physical variables necessary and sufficient for description of a given task, an extra performance index is introduced for controlling such a redundant robot in order to avoid arising of an ill-posed problem of inverse kinematics from the task space to the joint space. This paper shows that such an ill-posedness of DOF redundancy can be resolved in a natural way by using a novel concept named “stability on a manifold”. To show this, two illustrative robot tasks 1) robotic handwriting and 2) control of an object posture via rolling contact by a multi-DOF finger are analyzed in details.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.41
no.5
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pp.551-561
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1992
A neural optimization network and fuzzy rules are proposed to control the redundant robot manipulators in an environment with obstacle. A neural optimization network is employed to solve the optimization problem for resolved motion control of redundant robot manipulators in an environment with obstacle. The fuzzy rules are proposed to determine the weights of neural optimization networks to avoid the collision between robot manipulators and obstacle. The inputs of fuzzy rules are the resultant distance and change of the distance and sum of the changes by differential motion of each joint. And the output of fuzzy rules is defined as the capability of collision avoidance of joint differential motion. The weightings of neural optimization networks are adjusted according to the capability of collision aboidance of each joint. To show the validities of the proposed method, computer simulation results are illustrated for the redundant robot of the planar type with three degrees of freedom.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.9
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pp.766-773
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2001
Omni-directional mobile robots have been popularly employed in several application areas. However, the kinematics for these systems have not been clearly identified, specially for redundantly actuated case which is common in omni-directional mobile robot such as the Nomadic model. For such mobile robot systems, exploitation of redundant actuation as well as singularity analysis has not been extensively addressed. In light of this fact, this paper introduces two different kinematic approaches for omni-directional mobile robots. Then, a singular-free load distribution scheme for redundantly actuated three-wheeled omni-directional mobile robot is proposed. Through simulation, several advantages of redundantly actuated mobile robot in aspect of singularity avoidance, minimization of torque norm, and exploiting several subtasks are presented.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.5
no.3
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pp.39-45
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2009
In this paper we present a cleaning robot system for an autonomous mobile robot. Our robot performs goal reaching tasks into unknown indoor environments by using sensor fusion. The robot's operation objective is to clean floor or any other applicable surface and to build a map of the surrounding environment for some further purpose such as finding the shortest path available. Using its cleaning robot system for an autonomous mobile robot can move in various modes and perform dexterous tasks. Performance of the cleaning robot system is better than a fixed base redundant robot in avoiding singularity and obstacle. Sensor fusion using the clean robot improves the performance of the robot with redundant freedom in workspace and Map-Building. In this paper, Map-building of the cleaning robot has been studied using sensor fusion. A sequence of this alternating task execution scheme enables the clean robot to execute various tasks efficiently. The proposed algorithm is experimentally verified and discussed with a cleaning robot, KCCR.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.486-494
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2006
In this paper, we present the complete isotropy analysis of a caster wheeled omnidirectional mobile robot (COMR) with nonredundant/redundant actuation. It is desirable for robust motion control to keep a COMR close to the isotropy but away from the singularity as much as possible. First, with the characteristic length introduced, the kinematic model of a COMR is obtained based on the orthogonal decomposition of the wheel velocities. Second, a general form of the isotropy conditions of a COMR is given in terms of physically meaningful vector quantities which specify the wheel configuration. Third, for all possible nonredundant and redundant actuation sets, the algebraic expressions of the isotropy conditions are derived so as to identify the isotropic configurations of a COMR. Fourth, the number of the isotropic configurations, the isotropic characteristic length, and the optimal initial configuration are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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