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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.