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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich

12 Issues per year


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2196-677X
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Volume 65, Issue 2

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Passivitätsbasierte Kraft- und Impedanzregelung für Roboter mit starren Gelenken mittels Energietanks

Passivity-based unification of force and impedance control via energy tanks for rigid joint robots

Sami Haddadin
  • Corresponding author
  • Leibniz Universität Hannover, Fachbereich Elektrotechnik, Fachgebiet Regelungstechnik, 30167 Hannover Germany
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Published Online: 2017-02-07 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2016-0108

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird ein neuartiger hybrider Kraft-/Impedanzregler vorgeschlagen, der zur Gewährleistung der Passivität des Gesamtsystems mit einem Energietank ausgestattet ist. Der Ansatz behebt die jeweiligen Limitierungen der (hybriden) Kraftregelung, Impedanzregelung sowie der indirekten Kraftregelung. Er erlaubt die simultane Kraftregelung, ein vollständig nachgiebiges Impedanzverhalten und die sichere Behandlung von unvorhergesehenen Kontaktverlusten durch eine reglerformende Funktion. Insbesondere wird hierbei ein Schaltverhalten vermieden, wie es üblicherweise bei anderen Methoden der Fall ist. Des Weiteren wird ein konstruktiver Weg vorgeschlagen Energietanks vorab durch eine Schätzung des Gesamtenergieverbrauchs einer Aufgabe zu initialisieren. Um die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Ansatzes zu zeigen, werden Simulationen und Experimente an einem realen 7-Achs-Roboter durchgeführt.

Abstract

In this paper a novel hybrid Cartesian force/impedance controller is porposed that is equipped with energy tanks to preserve passivity. The approach overcomes the problems of (hybrid) force control, impedance control and set-point based indirect force control. It simultaneously allows accurate force tracking, full compliant impedance behavior and safe contact resemblance by introducing a controller shaping function. This robustly handles unexpected contact loss and avoids chattering behavior that other switching based approaches suffer from. Furthermore, a constructive way to initiate energy tanks via the concept of task energy is proposed, where the energy consumption of a given force control task is estimated prior to execution. To show the validity of our approach, several simulations and experiments with a 7-degree-of-freedom robot are carried out.

Schlagwörter: Impedanzregelung; Kraftregelung; Energietanks; Kontaktverlust Stabilisierung

Keywords: Impedance control; force control; energy tanks; loss of contact stabilization

About the article

Sami Haddadin

Sami Haddadin ist Leiter des Instituts für Regelungstechnik an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik an der Leibniz Universität Hannover. Hauptarbeitsgebiete: Roboterentwurf, Nichtlineare Regelung, Roboterlernen, Assistenzsysteme, sichere Mensch-Roboter-Interaktion, Motorkontrolle beim Menschen, Reflex- und Bewegungsplanung in Echtzeit, menschliche Bio- und Verletzungsmechanik.

Leibniz Universität Hannover, Fachbereich Elektrotechnik, Fachgebiet Regelungstechnik, 30167 Hannover


Accepted: 2017-01-09

Received: 2016-08-19

Published Online: 2017-02-07

Published in Print: 2017-02-28


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 65, Issue 2, Pages 124–133, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2016-0108.

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