This paper proposes an optimal three-dimensional coordinate implementation of the vision sensor using two CCD cameras. The PBVS (Position based visual servoing) is implemented using the positional information obtained from images. Stereo vision by PBVS method that has enhanced every frame using calibration parameters is effective in the distance calculation. The IBVS (Image based visual servoing) is also implemented using the difference between reference and obtained images. Stereo vision by IBVS method calculates the distance using rotation angle of motors that correspond eyes and neck without enhanced images. The PBVS method is compared with the IBVS method in terms of advantages, disadvantages, computing time, and performances. Finally, the IBVS method is applied for the dual arm manipulator on the mobile inverted pendulum. The autonomous mobile inverted pendulum is successfully demonstrated using the center of the manipulator's mass.
In experiment, a real inverted pendulum system has state constraints and limited amplitude of input. These problems make it difficult to design a swing-up controller. To overcome these problems, we design a sliding mode controller considering physical behaviour of the inverted pendulum system. This sliding mode controller uses a switching control action to converge along a specified path derived from energy equation from a state around the path to desired states(standing position). And optimal control method is used to guarantee stability at unstable equilibrium position. The designed controller can be applied to all inverted pendulum systems regardless of the values of their parameters. Compared with previous existing controllers, it is simple and easy to tune. Experimental results are given to show the effectiveness of this controller.
This paper deals with the method to estimate the friction in a system. We study a nonlinear friction model to estimate the friction in an inverted pendulum and approximate the friction model using fuzzy basis functions expansion. To demonstrate the friction observer using FBFs, we derive a update rule based on the error term that is formed by the output from a real system and observer output with a friction estimate. And two compensation algorithms to improve the response of an inverted pendulum are proposed. The first method that a observer parameter is updated in on-line and the friction is compensated at the same time. The second method is to compensate the friction with observer parameter estimated priori. The two methods is compared through the experimental results.
Human generally uses three methods to keep balance. One of them is using reactive momentum such as swing an upper body or arms. In this study, we proposed a balancing controller for the reactive momentum method using an inverted pendulum. We simplified a human or a humanoid robot as a two-link inverted pendulum having two edges. In addition, we proposed a distinctive condition for controller transition. If a human is pushed, he has to change a balancing controller from using an ankle torque to using a reactive momentum or changing foot placement. When the balancing controller is changed from using an ankle torque to using a reactive momentum, it is required a proper timing to keep a stability and make smooth movement. In the experiment, the proposed controller and distinctive condition were verified.
We presents a new method of constructing an equivalent T-S fuzzy model by using the sum of products of linearly independent scalar functions from nonlinear dynamics. This method exactly expresses nonlinear systems and automatically determines the number of rules. We design a stabilizing controller f3r ul inverted pendulum system by using the concep of parallel distributed compensation (PDC) and linear matrix inequalities (LMIs) based on the proposed T-S fuzzy modeling method. We show effectiveness of a systematically designed fuzzy controller based on the proposed T-S fuzzy modeling method through the simulation and experiment of an inverted pendulum system.
In this paper a neural network controller called "Feedback-State Learning" for control of the attitude of a wheeled inverted pendulum is presented. For the controller the design of a stable feedback controller is necessary, so the LQR is used for the feedback controller because the LQR has good performance on controlling nonlinear systems. And the neural networks are used for a feed forward controller. The designed controller is applied to the stabilization of a wheeled inverted pendulum. Because of its nonlinear characteristics such as friction and parameter variations in the linearization, the wheeled inverted pendulum is used for demonstration of the effectiveness of the proposed controller.
Tilt sensor is required to control the attitude of the biped robot when it walks on an uneven terrain. Vision sensor, which is used for recognizing human or detecting obstacles, can be used as a tilt angle sensor by comparing current image and reference image. However, vision sensor alone has a lot of technological limitations to control biped robot such as low sampling frequency and estimation time delay. In order to verify limitations of vision sensor, experimental setup of an inverted pendulum, which represents pitch motion of the walking or running robot, is used and it is proved that only vision sensor cannot control an inverted pendulum mainly because of the time delay. In this paper, to overcome limitations of vision sensor, Kalman filter for the multi-rate sensor fusion algorithm is applied with low-quality gyro sensor. It solves limitations of the vision sensor as well as eliminates drift of gyro sensor. Through the experiment of an inverted pendulum control, it is found that the tilt estimation performance of fusion sensor is greatly improved enough to control the attitude of an inverted pendulum.
본 논문은 회전형 역 진자 시스템(Rotary Inverted Pendulum System : RIPS)의 제어를 위한 Fuzzy cascade 제어구조를 제안하고 병렬유전자 알고리즘의 하나인 계층적 공정 경쟁 기반 유전자 알고리즘(Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms : HFCGA)을 이용한 최적화 방법을 제시한다. 회전형 역 진자 시스템은 Rotating arm의 회전을 통해 Pendulum의 각도를 제어하는 시스템으로써 제어 목적은 Rotating arm을 원하는 위치에 오게 하고 진자를 수직 위치의 불안정 평형 점에 위치하도록 하는 것이다. 본 논문에서는 회전형 역 진자 시스템의 제어를 위해 두개의 Fuzzy 제어기로 구성된 Fuzzy cascade 제어 구조를 설계하고, HFCGA를 이용하여 설계된 제어기의 파라미터를 최적화한다. 시뮬레이션 및 실험에서 SGA와 HFCGA의 성능비교를 통해 HFCGA의 우수성을 보이고, LQR 및 PD cascade 제어기와 제안된 Fuzzy cascade 제어기의 성능 비교를 통하여 제안된 방법의 우수성을 보인다.
로보트 제어와 로케트의 자세 제어에 관련하여 도립 진자 시스템은 제어 이론과 응용면에서 흥미 있는 문제이다. 일반적으로 도립 진자 시스템을 제어하기 위하여 소신호 모델에 의한 근사화 모델이 사용되었다. 본 논문에서는 미분 다양체 이론을 기초로 한 비선형 제어 이론을 도입 진자 시스템에 적용하고자 한다. 먼저 비선형 모델을 비선형 상태 궤환을 이용하여 근사 선형화 모델로 변환시키고, 선형화 모델에 극점 배치를 통하여 선형 제어기를 설계하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안된 기법을 Tayler 급수의 3차 선형화모델과 비교하였다.
This paper proposes an optimal ARS control of a two-wheel mobile inverted pendulum robot. Conventional researches are highly concentrated on the robust control of a mobile inverted pendulum on the flat ground, $i.e.$, mostly focus on the compensation of gyroscope signals. This newly proposed algorithm deals with a climbing control of a slanted surface based on the dynamic modeling using the conventional structure. During the climbing control of the robot, unexpected disturbance forces are essentially caused by the irregular contact force which comes from the irregular contact angle between the wheel and the terrain. The disturbances have effects on the optimal posture of the mobile robot to compensate the slanted angle. Therefore the dynamics equations through physical interpretation are derived for the selection of optimum climbing posture through ARS. Also using the ultrasonic sensor the slope information is obtained to compensate for the force of gravity. The control inputs are dynamically adjusted to climb up the slanted surface effectively. The proposed algorithm is demonstrated through the real experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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