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This paper discusses modeling and nonlinear control of a joint antagonistically actuated by two pneumatic, artificial muscles. A single model of the whole system is obtained by a combined physical and phenomenological modeling approach. The combined model for the joint, the muscles and the proportional valves results in a nonlinear, affine-in-control system description. The model is used to derive control laws for an input/output linearization approach to linearize the plant. Modeling and parametrization errors are covered via an outer control loop consisting of a state-feedback which is extended by an additional feedback of error integral. Extensive experimental results show the quality of the model and the performance of the respective control laws.
Modeling, identification and control of an antagonistically actuated joint for telerobotic systems
(2015)
Within this paper a modeling, identification and control technique for an antagonistically actuated joint consisting of two pneumatically actuated muscles is presented. The antagonistically actuated joint acts as a test bench for control architectures which are going to be used to control an exoskeleton within a telerobotic system. A static and dynamic model of the muscle and the joint is derived and the parameters of the models are identified using a least-squares algorithm. The control architecture, consisting of a inner pressure and an outer position controller is presented. The pressure controller is evaluated using switching valves compared against proportional valves.
Die Regensburg Robotics Research Unit entwickelt Regelungsarchitekturen für Telerobotiksysteme für den industriellen Einsatz. Der Beitrag beschreibt das lokale und globale Regelungsmodell hinsichtlich Stabilität und Transparenz auf der Basis der von Lawrence und Yokokohji vorgestellten Regelungsarchitektur und zeigt Simulationsergebnisse auf. Die Modellbildung des geregelten Manipulators, die Kopplung des Operators und des Teleoperators und sowie die Übertragungsfunktion werden dargestellt. Die Simulation des vorgestellten Algorithmus in Matlab/Simulink wird durchgeführt. Innerhalb der Simulationsumgebung ist als Regelstrecke unter der Annahme einer idealen, lokalen Regelung eine im Raum bewegliche Punktmasse modelliert. Die vorgestellte Regelungsarchitektur liefert innerhalb der durchgeführten Simulation vor allem im niederfrequenten Bereich sehr gute Ergebnisse. Die nächsten Schritte sind die experimentelle Evaluierung der lokalen Architektur und der globalen Vierkanalarchitektur an den Robotern.
Es wird dargelegt, wie das Verhalten eines Manipulators durch die Vorsteuerung von Drehmomenten und die Anwendung von kinematischen Beziehungen zu einer Punktmasse vereinfacht werden kann. Der darauf aufbauende, vorgestellte Algorithmus zur Kopplung des Operators mit dem Teleoperator ist mathematisch beschrieben und hinsichtlich der Problematik von Differentiationen in der realen Anwendung angepasst. Die vorgestellte Simulation mit zwei Testsignalen sowie die Frequenzganganalyse eines Koppelterms zeigen, dass der Algorithmus vor allem bei niedrigen Frequenzen dem Bediener ein hohes Maß an Transparenz liefert. Eine Frequenzganganalyse bei Variation der parametrierbaren Übertragungsfunktionen kann die Transparenz bei hohen Frequenzen verbessern. Nächste Schritte konzentrieren sich auf die experimentelle Evaluierung einer vorgestellten Kraftregelungsarchitektur am Assistenzroboter CARo5X. Insbesondere wird geprüft, ob die Annahme eines linearisierten und entkoppelten Systems am Experimentalaufbau hinreichend zutrifft. Nach erfolgter Inbetriebnahme der vorgestellten Kraftregelung am Robotersystem SixAx, das von der Regensburg Robotics Research Unit (RRRU) entwickelt worden ist, werden beide Roboter durch den vorgestellten Ansatz gekoppelt und final experimentell bewertet.
For human machine interaction a control ar chitecture for the force controlled guidance mode of a five axis robot is developed. This enables a human operator to move the robot easily by applying forces at th e end-effector. The position and th e path can then be tracked and stored for a later reuse. The control archit ecture is also used in a hybrid mode where it is possible to control chosen workspace coordinates with a path controller and others with a force controller. The hybrid mode is especially used to cut tissue material with a scalpel which is mounted at the robots effector.
Um die Lebensqualität und Einsatzfähigkeit von Menschen mit Behinderung oder älteren Menschen zu verbessern, wurde untersucht, inwiefern Gamification-Anwendungen beim Anlernen einer Gestensteuerung geeignet sind. Grundlage des Experiments stellt ein intelligenter Arbeitsplatz (Smart Workbench, SWoB) dar, der Personen bei manuellen Handhabungsaufgaben unterstützt sowie bestimmte Produktionsprozesse teilautomatisiert ausführt. Um die Anlage bedienen zu können, muss im Vorfeld eine Einweisung erfolgen, welche von Menschen oder durch ein Lerntutorial mit Gamification-Elementen zur Motivationssteigerung durchgeführt werden kann. In der Studie wurde untersucht, welche Form des Anleitens aus welchen Gründen von unterschiedlichen Personen eher akzeptiert oder abgelehnt wird.
Forschungsbericht 2013
(2014)