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Multi-input multi-output fractional-order control of an underactuated continuum mechanism

Deutschmann, Bastian und Monje, Concepcion Alicia und Ott, Christian (2020) Multi-input multi-output fractional-order control of an underactuated continuum mechanism. International Journal of Advanced Robotic Systems, 17 (6), Seiten 1-11. SAGE Publications. doi: 10.1177/1729881420969578. ISSN 1729-8806.

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Offizielle URL: https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1729881420969578

Kurzfassung

This article treats the design and implementation of a multi-input multi-output fractional-order controller for a nonlinear system composed of a tendon-driven continuum mechanism. As the continuum can be deformed along all Cartesian directions, it is suitable for the application as a flexible neck of a humanoid robot. In this work, a model-based control approach is proposed to control the position of the head, that is, the rigid body attached to the top of the continuum mechanism. Herein, the system is modeled as a rigid body on top of a nonlinear Cartesian spring, with an experimentally obtained deflection characteristic which provides a simple and real-time capable model. By nonlinear feedback, the output dynamics are linearized and decoupled, which enables the design of single-input single-output fractional-order controllers for the regulation of each output independently. The design of a fractional-order PD-alpha controller is discussed to incorporate robustness and a fast transient response. The proposed control approach is tested in several experiments on the real system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139153/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-input multi-output fractional-order control of an underactuated continuum mechanism
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Deutschmann, Bastianbastian.deutschmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9139-5719NICHT SPEZIFIZIERT
Monje, Concepcion AliciaUniversity Carlos III Madridhttps://orcid.org/0000-0001-8295-127XNICHT SPEZIFIZIERT
Ott, ChristianChristian.Ott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0987-7493NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 November 2020
Erschienen in:International Journal of Advanced Robotic Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:17
DOI:10.1177/1729881420969578
Seitenbereich:Seiten 1-11
Verlag:SAGE Publications
Name der Reihe:Sage Journals
ISSN:1729-8806
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Soft material robots, fractional-order control, underactuated system, partial feedback linearization
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Robotdynamik & Simulation (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Deutschmann, Dr. -Ing. Bastian
Hinterlegt am:07 Dez 2020 11:03
Letzte Änderung:07 Dez 2020 11:03

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