This paper presents a new control scheme using a sliding mode controller with a multilayer neural network for the robot manipulator operating under the sea which has large uncertainties such as the buoyancy and the added mass/moment of inertia. The multilayer neural network using the error back propagation loaming algorithm acts as a compensator of the conventional sliding mode controller to improve the control performance when the initial assumptions of uncertainty bounds are not valid. Computer simulation results show that the proposed control scheme gives an effective path way to cope with the unexpected large uncertainties in the underwater robot manipulator.
본 논문에서는 수중 건설 로봇을 제어하기 위한 모델 기반 메타 강화 학습 방법을 제안한다. 모델 기반 메타 강화 학습은 실제 응용 프로그램의 최근 경험을 사용하여 모델을 빠르게 업데이트한다. 다음으로, 대상 위치에 도달하기 위해 매니퓰레이터의 제어 입력을 계산하는 모델 예측 제어로 모델을 전송한다. MuJoCo 및 Gazebo를 사용하여 모델 기반 메타 강화 학습을 위한 시뮬레이션 환경을 구축하였으며 수중 건설 로봇의 실제 제어 환경에서의 모델 불확실성을 포함하여 제안한 방법을 검증하였다.
Dynamic chanracterisitcs and control of a submerged working robot manipulator have been investigated for articulated type robot manipulator with three revoluted joints. A dynamic equation of the manipulator has been derived. The dynamic equation includes not only mass matrix, centrifugal and Coriolis terms and gravity terms but also added mass, buoyant force and drag force terms, which are important terms for underwater motion description. A series of simulations using computed torque method have been performed for the cases of straight and circular trajectory motion controls. The results of this study show that the dynamic characteristics of the submerged working robot manipulator are very different from that of the manipulator which works in air. The influences of added mass, buoyant force and drag force terms to the total required torques have been discussed as distribution ratios to the total required torques.
This paper presents a non-regressor based adaptive control scheme for the trajectory tracking of underwater vehicle-mounted manipulator systems(UVMS). The adaptive control system includes a class of unmodeled effects is applied to the trajectory control of an UVMS. The only information required to implement this scheme ios the upper bound and lowe bound of the system parameter matrices the upper bound of unmodeled effects the number of joints the position and attitude of the vehicle and trajectory commands. The adaptive control law estimates control gains defined by the combinations of the bounded constants of system parameter matrices and of a filtered error equation. To evaluate the performance of the non-regressor based adaptive controller computer simulation was performed with a two-link planar robot model mounted on an underwater vehicle. The hydrodynamic effects acting on the manipulator are included. It is assumed that the vehicle's motion is slow and can be predicted with a proper compensator.
KRISO (Korea Research Institute of Ship & Ocean Engineering) started a project to develop the core algorithms for autonomous intervention using an underwater robot in 2017. This paper introduces the development of the robot platform for the core algorithms, which is an ROV (Remotely Operated Vehicle) type with one 7-function manipulator. Before the detailed design of the robot platform, the 7E-MINI arm of the ECA Group was selected as the manipulator. It is an electrical type, with a weight of 51 kg in air (30 kg in water) and a full reach of 1.4 m. To design a platform with a small size and light weight to fit in a water tank, the medium-size manipulator was placed on the center of platform, and the structural analysis of the body frame was conducted by ABAQUS. The robot had an IMU (Inertial Measurement Unit), a DVL (Doppler Velocity Log), and a depth sensor for measuring the underwater position and attitude. To control the robot motion, eight thrusters were installed, four for vertical and the rest for horizontal motion. The operation system was composed of an on-board control station and operation S/W. The former included devices such as a 300 VDC power supplier, Fiber-Optic (F/O) to Ethernet communication converter, and main control PC. The latter was developed using an ROS (Robot Operation System) based on Linux. The basic performance of the manufactured robot platform was verified through a water tank test, where the robot was manually operated using a joystick, and the robot motion and attitude variation that resulted from the manipulator movement were closely observed.
This paper presents a control and operation system for a remotely operated vehicle (ROV). The ROV used in the study was equipped with a manipulator and is being developed for underwater exploration and autonomous underwater working. Precision position and attitude control ability is essential for underwater operation using a manipulator. For propulsion, the ROV is equipped with eight thrusters, the number of those are more than six degrees-of-freedom. Four of them are in charge of surge, sway, and yaw motion, and the other four are responsible for heave, roll, and pitch motion. Therefore, it is more efficient to integrate the management of the thrusters rather than control them individually. In this paper, a thrust allocation method for thruster management is presented, and the design of a feedback controller using sensor data is described. The software for the ROV operation consists of a robot operating system that can efficiently process data between multiple hardware platforms. Through experimental analysis, the validity of the control system performance was verified.
This paper presents the design and the analysis of a "fish-like underwater robot". In order to develop swimming robot like a real fish, extensive hydrodynamic analysis were made followed by the study of biology of the fishes especially its maneuverability and propel styles. Swimming mode is achieved by mimicking fish-swimming of carangiform. This is the swimming mode of the fast motion using its tail and peduncle for propulsion. In order to generate configurations of vortices that gives efficient propulsion yawing and surging with a caudal fin has applied and in order to submerge and maintain the body balance pitching and heaving motion with a pair of pectoral fin is used. We have derived the equation of motion of PoTuna by two methods. In first method, we use the equation of motion of underwater vehicle with the potential flow theory for the power of propulsion. In second method, we apply the method of the equation of motion of UVM(Underwater Vehicle-Manipulator). Then, we compare these results.
This paper presents the development of a specialized underwater leg with a manipulator function(convertible-to-arm leg) for the seabed walking robot named CRABSTER200(CR200). The objective functions of the convertible-to-arm leg are to walk on the seabed and to work in underwater for precise seabed exploration and underwater tasks under coastal area with strong tidal current. In order to develop the leg, important design elements including the degree of freedom, dimensions, mass, motion range, joint structure/torque/angular-speed, pressure-resistance, watertight capability and cable protection are considered. The key elements of the convertible-to-arm leg are realized through concept/specific/mechanical design and implementation process with a suitable joint actuator/gear/controller selection procedure. In order to verify the performance of the manufactured convertible-to-arm leg, a 25bar pressure-resistant and watertight test using a high-pressure chamber and a joints operating test with posture control of the CR200 are performed. This paper describes the whole design, realization and verification process for implementation of the underwater convertible-to-arm leg.
병렬기구를 이용하여 항만공사를 위한 수중로봇을 개발하였다. 수중으로 큰 피복석을 옮기기 위해 수중로봇은 크레인에 의해 권양된다. 수중로봇의 요오와 피치운동은 유압 실린더에 의해 제어되지만 롤 운동은 제어되지 않는다. 롤 운동을 위해 로봇 양쪽에 프로펠러가 장착되어 제어된다. 본 논문은 수중로봇의 롤 운동제어에 관한 것이다. 롤 운동 각도를 측정하기 위해 자이로 센서가 사용되었다. 로봇의 롤 운동을 2차 비선형 시스템으로 나타내고 반복 리스트 스퀘어 방법과 적응인식 방법으로 동적 모델을 찾았다. 동적 모델로 외란을 보상하기 위한 제어입력을 계산하고 PD 제어, 반복 리스트 스퀘어 모델 베이스 제어, 적응 모델 베이스 제어를 롤 운동제어에 적용했다. 수중로봇의 시스템을 설명하고 제안한 제어기의 시뮬레이션과 실험결과를 보인다.
This paper describes an approach to a speed estimation method to remove speed sensor of underwater robot's AC drive systems. AC motors have been widely used in the field of underwater robot's manipulator or propulsion system. Most of these AC motors for underwater use have usually filled oil to compensate the high pressure in deep-sea operation, where a resolver is adopted to feed back the speed of rotor But this kind of speed feedback devices gives rise to some defects arising from their mechanical complexity and numerous signal lines; a resolver needs 6 or 7 signal lines for proper operation. This paper presents a speed estimation method to improve these problems of induction motor, which is adopted as a prototype of AC motor. The proposed speed estimation method is based on the RFO(rotor flux orientation) vector control method of voltage-fed AC drives. Using the controller of voltage-fed AC drives, it is unnecessary to measure the voltage for the estimation of rotor speed, which reduces the effects of measurement error Numerical simulation is carried out to investigate the validity of the method and the effects of rotors resistance variation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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