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Legged Elastic Multibody Systems: Adjusting Limit Cycles to Close-to-Optimal Energy Efficiency

Stratmann, Philipp und Lakatos, Dominic und Özparpucu, Mehmet Can und Albu-Schäffer, Alin (2016) Legged Elastic Multibody Systems: Adjusting Limit Cycles to Close-to-Optimal Energy Efficiency. IEEE Robotics and Automation Letters, PP (99). IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2016.2633580. ISSN 2377-3766.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
1MB

Offizielle URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7762857/

Kurzfassung

Compliant elements in robotic systems can strongly increase the energy efficiency of highly dynamic periodic motions with large energy consumption such as jumping. Their control is a challenging task for multi-joint systems. Typical control algorithms are model-based and thus fail to adjust to unexpected mechanical environments or make limited use of mechanical resonance properties. Here, we apply numerical optimal control theory to demonstrate that close-to-optimal energy-efficient movements can be induced from a one-dimensional sub-manifold in jumping systems that show nonlinear hybrid dynamics. Linear weights transform sensory information into this one-dimensional controller space and reverse transform one-dimensional motor signals back into the multi-dimensional joint space. In Monte-Carlo-based simulations and experiments, we show that an algorithm that we derived previously can extract these weights online from sensory information about joint positions of a moving system. The algorithm is computationally cheap, modular, and adjusts to varying mechanical conditions. Our results demonstrate that it reduces the problem of energy-efficient control of multiple compliant joints that move with high synchronicity to a low-dimensional task.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/109332/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Legged Elastic Multibody Systems: Adjusting Limit Cycles to Close-to-Optimal Energy Efficiency
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stratmann, Philippphilipp.stratmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6791-9159NICHT SPEZIFIZIERT
Lakatos, Dominicdominic.lakatos (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1841-9972NICHT SPEZIFIZIERT
Özparpucu, Mehmet Canmehmet.oezparpucu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alinalin.albu-schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074142115726
Datum:2016
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:PP
DOI:10.1109/LRA.2016.2633580
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Compliance and impedance control, redundant robots, Optimization and Optimal Control
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Laufroboter/Lokomotion [SY], R - Vorhaben Weiterentwicklung Robotik - Mechatronik und Dynamik (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Stratmann, Philipp
Hinterlegt am:20 Dez 2016 11:01
Letzte Änderung:11 Sep 2023 13:22

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