In this study, the severity of damage in tendon anchorage caused by the loss of tendon forces is quantitatively identified by using the PZT interface-based impedance monitoring technique. Firstly, a 2-DOF impedance model is newly designed to represent coupled dynamic responses of PZT interface-host structure. Secondly, the 2-DOF impedance model is adopted for the tendon anchorage system. A prototype of PZT interface is designed for the impedance monitoring. Then impedance signatures are experimentally measured from a laboratory-scale tendon anchorage structure with various tendon forces. Finally, damage severities of the tendon anchorage induced by the variation of tendon forces are quantitatively identified from the phase-by-phase model updating process, from which the change in impedance signatures is correlated to the change in structural properties.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권5호
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pp.677-688
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2008
In this paper, the general problem of impedance control for a robotic manipulator with a moving flexible base is addressed. Impedance control imposes a relation between force and displacement at the contact point with the environment. The concept of impedance control of flexible base mobile manipulator is rather new and is being considered for first time using singular perturbation and new sliding mode control methods by authors. Initially slow and fast dynamics of robot are decoupled using singular perturbation method. Slow dynamics represents the dynamics of the manipulator with rigid base. Fast dynamics is the equivalent effect of the flexibility in the base. Then, using sliding mode control method, an impedance control law is derived for the slow dynamics. The asymptotic stability of the overall system is guaranteed using a combined control law comprising the impedance control law and a feedback control law for the fast dynamics. As first time, base flexibility was analyzed accurately in this paper for flexible base moving manipulator (FBMM). General dynamic decoupling, whole system stability guarantee and new composed robust control method were proposed. This proposed Sliding Mode Impedance Control Method (SMIC) was simulated for two FBMM models. First model is a simple FBMM composed of a 2 DOFs planar manipulator and a single DOF moving base with flexibility in between. Second FBMM model is a complete advanced 10 DOF FBMM composed of a 4 DOF manipulator and a 6 DOF moving base with flexibility. This controller provides desired position/force control accurately with satisfactory damped vibrations especially at the point of contact. This is the first time that SMIC was addressed for FBMM.
Simple spring-damper-mass models have been widely used to investigate whole-body vortical biodynamic response characteristics of the seated vehicle driver. Most previous models have not considered the effect of wobbling masses; i.e. heart, lungs, liver, intestine, etc. In this study, 4 -DOF seated driver model including one non-rigid mass representing wobbling visceral mass, 5-DOF model including intestine, and 10-DOF model including five lumbar vertebral masses were proposed. The model parameters were identified by a combinatorial optimization technique. simulated annealing method. The objective function was chosen as the sum of error between model response of seat-to-head transmissibility and driving point mechanical impedance and those of experimental data for subjects seated erect without backrest support. The model response showed a good agreement with the experimental response characteristics. Using a 10-DOF model, calculated resonance frequency of lumbar spine at 4Hz was matched well with experimental results of Panjabi et al.
본 논문은 의사-임피던스 모델을 이용하여 2족보행로봇이 비평탄면에서 보행하는 제어기법을 제안한다. 의사-임피던스 모델은 인간이 보행 시, 발바닥이 지면과 순응하는 동작을 모사하였다. 지면과 접촉하면서 인간의 발바닥은 2가지 보행상태를 갖게 된다. 첫 번째 상태에서는 지면과 순응하기 위해 노력이나 의도적인 토크를 가하는 것이 아니라 수동적인 모션으로 순응하게 된다. 두 번째 상태에서는 지면과 접촉한 후, 적절한 토크를 유지하여 인간의 몸이 보행을 지속할 수 있게끔 유도하며 이를 하중이동단계라고 한다. 이러한 과정이 안정적으로 로봇의 보행을 유지할 수 있음을 12자유도의 2족보행로봇과 6축의 힘을 가지는 환경모델을 반영한 시뮬레이션을 통해 보여준다. 이러한 시뮬레이션결과가 제안된 의사-임피던스 모델이 효과적임을 보여준다.
There exists a strong coupling between real and reactive power owing to the complex impedances in droop based islanded microgrids (MGs). The existing virtual impedance methods consider improvements of the impedance matching for sharing of the voltage controlled power (VCP) (reactive power for Q-V droop, and real power for P-V droop), which yields a 1-DOF (degree of freedom) tunable virtual impedance. However, a weak impedance matching for sharing of the frequency controlled power (FCP) (real power for $P-{\omega}$ droop, and reactive power for $Q-{\omega}$ droop) may result in FCP overshoots and even oscillations during load transients. This in turn results in VCP oscillations due to the strong coupling. In this paper, a 2-DOF tunable adaptive virtual impedance method considering impedance matching for both real and reactive power (IM-PQ) is proposed to improve the power sharing performance of MGs. The dynamic response is promoted by suppressing the coupled power oscillations and power overshoots while realizing accurate power sharing. In addition, the proposed power sharing controller has a better parametric adaptability. The stability and dynamic performances are analyzed with a small-signal state-space model. Simulation and experimental results are presented to investigate the validity of the proposed scheme.
This paper proposes a hybrid control method of using impedance control and the computed-torque control for biped robot locomotion. Computed torque control is used for supporting (constrained) leg. For the free leg, the impedance control is used, where different values of impedance parameters are used depending on the gait phase of the biped robot. To reduce the magnitude of an impact and guarantee a stable footing when a foot contacts with the ground, this paper proposes to increase the damping of the leg drastically and to modify the reference trajectory of the leg. Computer simulations with a 3 -dof environment model for which a combination of a nonlinear and a linear compliant models is used, show that the proposed controller is superior to the computed-torque controllers in reducing impacts and stabilizing the footing.
This paper presents a real-time haptic rendering method for a realistic force feedback in a remote environment with varying communication time-delay. The remote environment is assumed as a virtual environment based on a computer graphics, for example, on-line shopping mall, internet game and cyber-education. The properties of a virtual object such as stiffness and viscosity are assumed to be unknown because they are changed according to the contact position and/or a penetrated depth into the object. The DARMAX model based output estimator is proposed to trace the correct impedance of the virtual object in real-time. The output estimator is developed on the input-output relationship. It can trace the varying impedance in real-time by virtue of P-matrix resetting algorithm. And the estimator can trace the correct impedance by using a white noise that prevents the biased input-output information. Realistic output forces are generated in real-time, by using the inputs and the estimated impedance, even though the communication time delay and the impedance of the virtual object are unknown and changed. The generated forces trace the analytical forces computed from the virtual model of the remote environment. Performance is demonstrated by experiments with a 1-dof haptic device and a spring-damper-based virtual model.
This paper proposes an adaptive trajectory generation strategy of using on-line ZMP information and an impedance control method for biped robots. Since robots experience various disturbances during their locomotion, their walking mechanism should have the robustness against those disturbances, which requires an on-line adaptation capability. In this context, an on-line trajectory planner is proposed to compensate the required moment for recovering stability. The ZMP equation and sensed ZMP information are used in this trajectory generation strategy. In order to control a biped robot to be able to walk stably, its controller should guarantee stable footing at the moment of feet contacts with the ground as well as maintaining good trajectory tracking performance. Otherwise, the stability of robot will be significantly compromised. To reduce the magnitude of an impact and guarantee a stable footing when a foot contacts with the ground, this paper. proposes to increase the damping of the leg drastically and to modify the reference trajectory of the leg. In the proposed control scheme, the constrained leg is controlled by impedance control using the impedance model with respect to the base link. Computer simulations performed with a 3-dof environment model that consists of combination of a nonlinear and linear compliant contact model show that the proposed controller performs well and that it has robustness against unknown uneven surface. Moreover, the biped robot with the proposed trajectory generator can walk even when it is pushed with a certain amount of external force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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