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A Whole-Body Control Framework Based on the Operational Space Formulation Under Inequality Constraints via Task-Oriented Optimization

Lee, Yisoo und Kim, Sanghyun und Park, Jaeheung und Tsagarakis, Nikos und Lee, Jinoh (2021) A Whole-Body Control Framework Based on the Operational Space Formulation Under Inequality Constraints via Task-Oriented Optimization. IEEE Access, 9, Seiten 39813-39826. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3064151. ISSN 2169-3536.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3064151

Kurzfassung

This paper presents practical enhancements of the operational space formulation (OSF) to exploit inequality constraints for whole-body control of a high degree of freedom robot with a floating base and multiple contacts, such as humanoids. A task-oriented optimisation method is developed to obtain a feasible torque resolution solely for task variables based on the OSF, which effectively reduces the number of optimisation variables. Interestingly, the proposed scheme amends assigned tasks on demand of satisfying inequality conditions, while dynamic consistency among contact-constrained tasks is preserved. In addition, we propose an efficient algorithm structure ameliorating real-time control capability which has been a major hurdle to transplant optimisation methods into the OSF-based whole-body control framework. Control performance, the feasibility of the optimised solution, and the computation time of the proposed control framework are verified through realistic dynamic simulations of a humanoid. We also clarify the pros and cons of the proposed method compared with existing optimisation-based ones, which may offer an insight for practical control engineers to select whole-body controllers necessitated from the desired application.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141569/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:J. Lee is the corresponding author.
Titel:A Whole-Body Control Framework Based on the Operational Space Formulation Under Inequality Constraints via Task-Oriented Optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lee, YisooKorea Institute of Science and Technology (KIST)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, SanghyunKorea Institute of Machinery and Materials (KIMM)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, JaeheungSeoul National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tsagarakis, NikosIstituto Italiano di TecnologiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, JinohJinoh.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4901-7095NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2021
Erschienen in:IEEE Access
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1109/ACCESS.2021.3064151
Seitenbereich:Seiten 39813-39826
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2169-3536
Status:veröffentlicht
Stichwörter:The operational space formulation (OSF); highly redundant robots; whole-body control; inequality constraints
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Laufroboter/Lokomotion [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Lee, Dr. Jinoh
Hinterlegt am:28 Apr 2021 14:46
Letzte Änderung:24 Mai 2022 23:47

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