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A Passivity-based Nonlinear Admittance Control with Application to Powered Upper-limb Control under Unknown Environmental Interactions

Kim, MinJun und Lee, Woongyong und Choi, Jaeyeon und Chung, Goobong und Han, Kyung-Lyong Han und Choi, Il Seop und Ott, Christian und Chung, Wan Kyun (2019) A Passivity-based Nonlinear Admittance Control with Application to Powered Upper-limb Control under Unknown Environmental Interactions. IEEE-ASME Transactions on Mechatronics. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/tmech.2019.2912488. ISSN 1083-4435.

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Kurzfassung

This paper presents an admittance controller based on the passivity theory for a powered upper-limb exoskeleton robot, which is governed by the nonlinear equation of motion. Passivity allows us to include a human operator and environmental interaction in the control loop. The robot interacts with the human operator via force/torque (F/T) sensor and interacts with the environment mainly via end-effectors. Although the environmental interaction cannot be detected by any sensors (hence unknown), passivity allows us to have natural interaction. An analysis shows that the behavior of the actual system mimics that of a nominal model as the control gain goes to infinity, which implies that the proposed approach is an admittance controller. However, because the control gain cannot grow infinitely in practice, the performance limitation according to the achievable control gain is also analyzed. The result of this analysis indicates that the performance in the sense of infinite norm increases linearly with the control gain. In the experiments, the proposed properties were verified using 1-DoF testbench, and an actual powered upper-limb exoskeleton was used to lift and maneuver the unknown payload.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/132046/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Passivity-based Nonlinear Admittance Control with Application to Powered Upper-limb Control under Unknown Environmental Interactions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kim, MinJunMinJun.Kim (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, WoongyongPOSTECHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, JaeyeonKIRONICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chung, GoobongKIRONICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Han, Kyung-Lyong HanPOSCONICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, Il SeopPOSCONICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ott, ChristianChristian.Ott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0987-7493NICHT SPEZIFIZIERT
Chung, Wan KyunPOSTECHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2019
Erschienen in:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/tmech.2019.2912488
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:1083-4435
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Passivity-based control, Admittance control, Exoskeleton, Powered upper limb
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
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DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Kim, MinJun
Hinterlegt am:13 Dez 2019 10:07
Letzte Änderung:14 Jun 2023 14:11

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