This paper presents deterministic and adaptive control laws for two-link flexible arm. The flexible arm has considerable structural flexibility. Because of its flexbility, dynamic equations are very complex and difficult to get, dynamic equations for two-link flexible arm are derived from Bernoulli-Euler beam theory and Lagrangian equation. Using the fact that matrix is skew symmetric, controllers which have a simplified structure with less computational burden are proposed by using Lyapunov stability theory.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.1
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pp.216-223
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2000
A robot arm with free joints has some advantages over conventional ones. A light weight and low power consumed arm can be made by a reduction of the number of joint actuators. And this arm can easily overcomes actuator failure due to unexpected accident. In general such underactuated arm does not have controllability because of the lack of joint actuators. The two-link arm with a free joint introduced in this paper is also uncontrollable in the sense of linear system theory. However, the linearized system sometimes can not represent the inherent dynamic behavior of the nonlinear system. In this paper the dynamic characteristics of the two-link arm with a free joint in view of global motion including damping and friction effect of the joints is investigated. In the case of considering only the damping effect, the controllable goal positions are confined to a specific trajectories. But in the case of considering the friction effect, the system can be controlled to arbitrary positions using the friction of the free joint as a holding brake. Also numerical example of position control is presented.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.7
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pp.1270-1276
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2016
This paper proposes the controller design for regulation control of two-link robot arm using sum of squares (SOS) control method that takes into account the input constraint. The existing studies of two link robotic arm system used a linear model of all the non-linearity of the system is linearized. For a linear controller, since the model of the system is simplified, it is possible to design a controller in consideration of constraints on the disturbance. However, there is a limit to the performance using a linearized model for a system with a complex nonlinear properties. To compensate for this in the case of using a fuzzy LMI method, it is necessary to have a large number of linear models and thus there is a disadvantage that the system becomes complicated. To solve these problems, we represents a two-link robot arm system with a polynomial model using a Taylor series expansion and design the controller considering the case where the magnitude of the control input is limited using SOS method. We demonstrate by simulations the feasibility of the proposed algorithm.
A rubber pneumatic controlled actuator is a new actuator. It is very light With a high power-to-weight ratio. In this thesis, a control method for a two link robot arm using the rubber actuator is developed. The structure of the servo control is made up of two sections. The position control is performed by PID feedback control. The air pressure is controlled by Servo Valve Unit driven by PWM and the control input is compensated by software operation. The numerical simulation of this control method to two link robot arm is presented to verify the performance of the closed loop system. The actual control of the real two link robot arm with rubber actuator is taken and its results are discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.3
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pp.202-209
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2003
We succeeded to build a cost effective assistance robotic arm with a compact and lightweight body. The robotic arm has three joints, and the tip of robotic arm to install tools consists of a closed link mechanism, which consisted of two actuators and several links. The robotic arm has been made possible by the use of actuators typically used in radio control devices. The controller of the robotic arm consists of a single chip PIC only. The robotic arm has a friendly user interface, as the operators are aged and disabled in most cases. The operator can manipulate the robotic arm by voice commands or by pressing a push button. The robotic arm has been successfully prototyped and tested on an elderly patient to assist with eating. The results of field test were satisfactory.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.4
no.3
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pp.236-242
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2009
When two-link flexible arm is rotated about an joint axis, transverse vibration may occur. In this paper, vibration dynamics of flexible robot arm is modeled by using Bernoulli-Euler beam theory and Lagrange equation. Using the fact that matrix $\dot{D}$-2C is skew symmetric, new controllers which have a simplified structure with less computational burden is proposed. Lyapunov stability theory is applied to achieve a stable deterministic nonlinear controller for the regulation of joint angle.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.7
no.5
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pp.1139-1144
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2012
The ration of payload to weight of industrial robot amounts form 1:10 to 1:30. Compared with man who have a ration of 3:1, it is very low. One of the goals for the next generation of robots will be a ration. This might be possible only by developing lightweight robots. When two-link flexible arm is rotated about an joint axis, transverse vibration may occur. In this paper, vibration dynamics of flexible arm is modeled by using Bernoulli-Euler beam theory and Lagrange equation. Using the fact that matrix $\dot{D}-2C$ is skew symmetric, new controllers which have a simplified structure with less computational burden is proposed by using Lyapunov stability theory. We propose deterministic and adaptive control laws for two link flexible arm, and the validity of the proposed control scheme is shown in computer simulation for two-link flexible arm.
In this paper we discuss the nonlinear motion of a conservative two-link arm using first integrals, which includes one integral constant. In the analysis of the motion, the constant plays important role. First, we give some discussion on the free motion by focusing on the integral constant. As the result, the free motion can be classified into two types-the one is oscillation and the other is rotation. Second, we discuss the forced motion of the arm actuated only at the second joint. We take the first integral in a more general form, and show that the forced motion of the second link can be expressed as a variation of the integral constant. Also, the characteristic of the forced motion actuated by arbitrary constant torques is discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.11
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pp.206-212
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2000
This paper presents a hybrid actuator scheme to actively control the end-point position and vibration of a two-link flexible robot arm. Control scheme consists of four different actuators; two servo-motors at the hubs and two piezoceramics bonded to the surfaces of the flexible links. Two sliding hyperplanes are designed for two servo-motors which have time varying parameters to maintain control performance in any configuration. The surface gradients of the hyperplanes are determined by pole assignment technique to guarantee the stability on the hyperplanes themselves. During the motion, undesirable oscillations caused by the torques based on the rigid link dynamics are actively suppressed by applying feedback control voltages to the piezoceramic actuators. Consequently, desired tip motion is achieved. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed methodology, experiments are performed for the regulating and tracking control problems.
This paper is concerned with the trajectory tracking and vibration suppression of a single-link flexible arm by using piezoelectric materials. The dynamics of a single flexible arm with PZT patches as sensor and actuator is derived using extended Hamilton's principle. Resulting equations show that the coupled beam dynamics including beam vibration and its rigid in-plane rotation takes place in two different time scales. By using singular perturbation theory, the system dynamics is divided into two subsystems. Then, a composite control scheme is elaborated that makes the orientation of the arm track a desired trajectory while suppressing its vibration. The proposed controller has two parts: one is a tracking controller designed for the slow (rigid) subsystem, and the other one is a stabilizing controller for the fast (flexible) subsystem. The outputs considered for the system are angular position of the hub and voltage of the sensor mounted on the structure. To avoid requiring further measurements of beam vibration and also angular velocity of the hub for the fast and slow control laws, respectively, two sliding mode observers for estimating the unknown states are also designed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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