Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.5
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pp.415-420
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2017
Underactuated prosthetic hands are relatively light and economical. In this work, an economical grasping force control system is proposed for underactuated prosthetic hands with adaptive grasp capability. The prosthetic hand is driven by a main cable based on a set of electromyography sensors on the forearm of a user. Part of the main cable tension related to grasping force is fed back to the user by a skin-mounted vibrator. The proper relationship between the grasping force and the vibrator drive voltage was established and prototype tests were performed on a group of users. Relatively accurate grasping force control was achieved with minimal training of users.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.12
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pp.1197-1204
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2008
This paper presents an asymptotic formation control scheme for a group of underactuated autonomous underwater vehicles (AUVs) where only three control inputs - surge force, yaw moment and pitch moment are available for each vehicle's six degree of freedom (DOF) underwater motion. Usually, the dynamics agents applied in most of the formation algorithms presented so far have been modeled as particle systems, which is a simple double-integrator system. Therefore, these algorithms cannot be directly applicable to the practical systems, especially to the underwater vehicles whose dynamics are highly nonlinear. Moreover, the vehicles considered in this paper are underactuated. The formation control is derived using general potential function method, and the corresponding potential function consists of two parts: interactions between vehicles and virtual-leader following. Proposed formation scheme guarantees asymptotic local stability of closed-loop system. Numerical simulations are carried out to illustrate the effectiveness of proposed formation scheme.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.817-832
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2015
This paper presents a state feedback based backstepping control algorithm to address the trajectory tracking problem of an underactuated Unmanned Surface Vessel (USV) in the horizontal plane. A nonlinear three Degree of Freedom (DOF) underactuated dynamic model for USV is considered, and trajectory tracking controller that can track both curve trajectory and straight line trajectory with high accuracy is designed as the well known Persistent Exciting (PE) conditions of yaw velocity is completely relaxed in our study. The proposed controller has further been enriched by incorporating an integral action additionally for enhancing the steady state performance and control precision of the USV trajectory tracking control system. Global stability of the overall system is proved by Lyapunov theory and Barbalat's Lemma, and then simulation experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the controller designed.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.17
no.4
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pp.255-260
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2019
A pendubot is a representative example of an underactuated system that has fewer actuators than the degree of freedom of the system. In this study, the characteristics of the pendubot are first reviewed; each part is then designed using Solidworks by dividing the pendubot into three parts: the base frame, first link frame, and second link frame. These three parts are then imported into the Simulink environment via a STEP file format, which is the standard protocol used in data exchange between CAD applications. A 3D model of the pendubot is then constructed using Simscape, and the usefulness of the 3D model is validated by a comparison with a dynamic equation derived using the Lagrangian formulation. A linearized model around an upright equilibrium position is finally obtained, and a sliding mode controller is designed based on the linear quadratic regulator. Simulation results showed that the designed controller effectively maintained upright balance of the pendubot in the presence of disturbance.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.758-771
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2021
This paper presents a novel control scheme for the three-dimensional (3D) path following of underactuated Autonomous Underwater Vehicle (AUVs) subject to unknown internal and external disturbances, in term of the time scale decomposition method. As illustration, two-time scale motions are first artificially forced into the closed-loop control system, by appropriately selecting the control gain of the integrator. Using the singular perturbation theory, the integrator is considered as a fast dynamical control law that designed to shape the space configuration of fast variable. And then the stabilizing controller is designed in the reduced model independently, based on the time scale decomposition method, leading to a relatively simple control law. The stability of the resultant closed-loop system is demonstrated by constructing a composite Lyapunov function. Finally, simulation results are provided to prove the efficacy of the proposed controller for path following of underactuated AUVs under internal and external disturbances.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.23
no.3
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pp.208-213
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2013
The problem of finding control laws for underactuated systems has attracted growing attention since these systems are characterized by the fact that they have fewer actuators than the degrees of freedom to be controlled. A sliding mode control based on the theory of variable structure systems is a robust methodology to control nonlinear systems. In this paper, a sliding mode control with integral sliding function is proposed and asymptotical stability is proved in the Lyapunov's sense for underactuated systems. In order to verify the effectiveness of the proposed control, computer simulations for an acrobot, which is a representative underactuated system, are performed. Using Mathworks' Simulink/Simscape, the acrobot dynamics is implemented and the proposed control is composed. Simulations demonstrate the effectiveness and usefulness of the proposed control.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.10
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pp.755-767
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2003
This paper proposes a robust fault-tolerant control framework for robot manipulators to maintain the required performance and achieve task completion in the presence of both partial joint failures and complete joint failures and uncertainties. In the case of a complete joint failure or free-swinging joint failure causing the complete loss of torque on a joint, a fully-actuated robot manipulator can be viewed as an underactuated robot manipulator. To detect and identify a complete actuator failure, an on-line fault detection operation is also presented. The proposed fault-tolerant control system contains a robust adaptive controller overcoming partial joint failures based on robust adaptive control methodology, an on-line fault detector detecting and identifying complete joint failures, and a robust adaptive controller overcoming partial and complete joint failures, and so eventually it can face and overcome joint failures and uncertainties. Numerical simulations are conducted to validate the proposed robust fault-tolerant control scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.10
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pp.826-832
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2016
A two-wheeled balancing mobile robot (TWBMR) has the characteristics of both nonlinear and underactuated system. In this paper, the disturbances acting on a TWBMR are classified into body disturbance and wheel disturbance. Additionally, we describe a nonlinear disturbance observer, which is suitable as a single input multi-output (SIMO) system for the longitudinal motion of TWBMR. Finally, we propose a reasonable disturbance compensation technique that combines the indirect reference input of equilibrium point and the direct torque compensation input. Simulations and experimental results show that the proposed disturbance compensation method is an effective way to achieve robust postural stability, specifically on inclined terrains.
Kim, Young-Shik;Lee, Ji-Hong;Kim, Jin-Ha;Jun, Bong-Huan;Lee, Pan-Mook
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.23
no.6
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pp.146-155
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2009
This paper considers the path tracking problem in a horizontal plane for underactuated (or non-holonomic) autonomous underwater vehicles (AUVs). Underwater mapping has been an important mission for AUVs. Recently, underwater docking has also become a main research field of AUVs. These kinds of missions basically require accurate attitude and trajectory control performance. However, the non-holonomic problem should be solved to achieve accurate path tracking for the torpedo-type of AUVs. In this paper, resolved motion and acceleration control (RMAC) is considered as a path tracking controller for an underactuated torpedo-shaped AUV, ISiMi. A set of numerical simulations is carried out to illustrate the effectiveness of the proposed RMAC scheme, and experimental data with ISiMi100 and discussions are presented.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.5
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pp.547-558
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2007
This paper proposes a simpler solution to the stabilization problem of a special class of nonlinear underactuated mechanical systems which includes widely studied benchmark systems like Inertia Wheel Pendulum, TORA and Acrobot. Complex internal dynamics and lack of exact feedback linearizibility of these systems makes design of control law a challenging task. Stabilization of these systems has been achieved using Energy Shaping and damping injection and Backstepping technique. Former results in hybrid or switching architectures that make stability analysis complicated whereas use of backstepping some times requires closed form explicit solutions of highly nonlinear equations resulting from partial feedback linearization. It also exhibits the phenomenon of explosions of terms resulting in a highly complicated control law. Exploiting recently introduced Dynamic Surface Control technique and using control Lyapunov function method, a novel nonlinear controller design is presented as a solution to these problems. The stability of the closed loop system is analyzed by exploiting its two-time scale nature and applying concepts from Singular Perturbation Theory. The design procedure is shown to be simpler and more intuitive than existing designs. Design has been applied to important benchmark systems belonging to the class demonstrating controller design simplicity. Advantages over conventional Energy Shaping and Backstepping controllers are analyzed theoretically and performance is verified using numerical simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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