In this study, the end-effector tracking performance of a manipulator installed on a remotely operated vehicle (ROV) for autonomous underwater intervention is verified. The underwater manipulator is an ARM 7E MINI model produced by the ECA group, which consists of six joints and one gripper. Of the six joints of the manipulator, two are revolute joints and the other four are prismatic joints. Velocity control is used to control the manipulator with forward and inverse kinematics. When the manipulator approaches a target object, it is difficult for the ROV to maintain its position and posture, owing to various disturbances, such as the variation in both the center of mass and the reaction force resulting from the manipulator motion. Therefore, it is necessary to compensate for the influences and ensure the relative distance to the object. Simulations and experiments are performed to track the trajectory of a virtual object, and the tracking performance is verified from the results.
This paper presents the results of a study on the control system for an underwater manipulator controlled by a master arm through LED communication. The underwater manipulator was designed to be actuated by electric motors with six degrees of freedom for operation in various underwater environments. The master arm, which can remotely control the manipulator, was designed with a structure similar to the manipulator for convenient control. An underwater LED communication system was developed to communicate between the master arm and underwater manipulator. An integrated control program was developed that included data conversion, monitoring, datalogging, and filtering. Some experiments were performed to verify the performance of the developed control system of the master arm, manipulator, and LED communication system, and the results are presented.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권8호
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pp.1107-1114
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2010
해저에서 20kg 이상 작업물의 이송을 포함하는 다양한 작업을 수행할 수 있는 전기 모터 기반의 새로운 5자유도 고성능 수중 매니퓰레이터의 개발에 관해 연구하였다. ROV나 AUV에 적용하여 이들의 이동을 원활하게 하고 소형경량임에도 고가반하중의 성능을 갖는 25kg의 경량 구조로 설계하였다. 매니퓰레이터의 관절구동기는 방수를 위한 새로운 2중 오일자켓 구조를 갖는 모듈로 설계하고 제작하였다. 또한, 개발한 관절구동시스템의 우수한 토크성능을 실험을 통하여 검증하였다. 그리고 이를 적용한 소형 5자유도 고성능 수중 매니퓰레이터를 제작하였다.
In this paper, two schemes are introduced for dynamic simulation of underwater robotic systems. One is principle of dynamical balance, which is an easy and powerful tool for formulating dynamic equations of composite systems such as underwater vehicle-manipulator system. In the dynamic modeling, this principle gives us the closed-form of dynamic equations on matrix Lie group. The other is geometric integration algorithm, called 4-th order explicit Munthe-Kaas method. By this method, the derived differential equations can be integrated preserving geometric structure. Adopting these two schemes, dynamic simulation of underwater vehicle- manipulator system can be conducted more easily and more reliably.
This paper presents a non-regressor based adaptive control scheme for the trajectory tracking of underwater vehicle-mounted manipulator systems(UVMS). The adaptive control system includes a class of unmodeled effects is applied to the trajectory control of an UVMS. The only information required to implement this scheme ios the upper bound and lowe bound of the system parameter matrices the upper bound of unmodeled effects the number of joints the position and attitude of the vehicle and trajectory commands. The adaptive control law estimates control gains defined by the combinations of the bounded constants of system parameter matrices and of a filtered error equation. To evaluate the performance of the non-regressor based adaptive controller computer simulation was performed with a two-link planar robot model mounted on an underwater vehicle. The hydrodynamic effects acting on the manipulator are included. It is assumed that the vehicle's motion is slow and can be predicted with a proper compensator.
This paper presents a robust and systematic bilateral controller design method for a teleoperation of an underwater manipulator. Disturbance observer is used as a local controller of the master and underwater slave manipulator to set up the teleoperation system as a nominal model by compensating coupled nonlinear terms model uncertainties and external disturbances in the water. Using the linearized master/slave model a $H_{\infty}$ optimal control scheme is applied to systematically construct a force reflecting bilateral controller.
This paper presents a dynamic workspace control method of underwater manipulator considering a floating ROV (Remotely Operated vehicle) motion caused by sea wave. This method is necessary for the underwater work required linear motion control of a manipulator's end-effector mounted on a floating ROV in undersea. In the proposed method, the motion of ROV is modeled as nonlinear first-order differential equation excluded dynamic elements. For online manipulator control achievement, we develop the position tracking method based on sensor data and EKF (Extended Kalman Filter) and the input velocity compensation method. The dynamic workspace control method is established by applying these methods to differential inverse kinematics solution. For verification of the proposed method, experimental data based test of ROV position tracking and simulation of the proposed control method are performed, which is based on the specification of the KORDI deep-sea ROV Hemire.
본 논문에서는 수중 건설 로봇을 제어하기 위한 모델 기반 메타 강화 학습 방법을 제안한다. 모델 기반 메타 강화 학습은 실제 응용 프로그램의 최근 경험을 사용하여 모델을 빠르게 업데이트한다. 다음으로, 대상 위치에 도달하기 위해 매니퓰레이터의 제어 입력을 계산하는 모델 예측 제어로 모델을 전송한다. MuJoCo 및 Gazebo를 사용하여 모델 기반 메타 강화 학습을 위한 시뮬레이션 환경을 구축하였으며 수중 건설 로봇의 실제 제어 환경에서의 모델 불확실성을 포함하여 제안한 방법을 검증하였다.
This paper presents a new control scheme using a sliding mode controller with a multilayer neural network for the robot manipulator operating under the sea which has large uncertainties such as the buoyancy and the added mass/moment of inertia. The multilayer neural network using the error back propagation loaming algorithm acts as a compensator of the conventional sliding mode controller to improve the control performance when the initial assumptions of uncertainty bounds are not valid. Computer simulation results show that the proposed control scheme gives an effective path way to cope with the unexpected large uncertainties in the underwater robot manipulator.
This paper describes dynamic manipulability analysis of robotic arms moving in viscous fluid. The Manipulability is a functionality of manipulator system in a given configuration and under the limits of joint ability with respect to the tasks required to bt performed. To investigate the manipulability of underwater robotic arms, a modeling and analysis method are presented. The dynamic equation of motion of underwater manipulator is derived from the Lagrange - Euler equation considering with the hydraulic forces caused by added mass, buoyancy and hydraulic drag. The hydraulic drag term in the equation: is established as analytical form using Denavit - Hartenberg (D-H) link coordination of manipulator. Two analytical approaches based on Manipulability Ellipsoid are presented to visualize the manipulability of robotic arm moving in viscous fluid. The one is scaled ellipsoid which transforms the boundary of joint torque to acceleration boundary of end-effector by normalizing the torque in joint space while the other is shifted ellipsoid which depicts total acceleration boundary of end-effector by shifting the ellipsoid in work space. An analysis example of 2-link manipulator with proposed analysis scheme is presented to validate the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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