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Safety-Aware Hierarchical Passivity-Based Variable Compliance Control for Redundant Manipulators

Youssef, Michel und Ott, Christian und Lee, Dongheui (2022) Safety-Aware Hierarchical Passivity-Based Variable Compliance Control for Redundant Manipulators. IEEE Transactions on Robotics, 38 (6), Seiten 3899-3916. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TRO.2022.3174478. ISSN 1552-3098.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9781629

Kurzfassung

This article presents a hierarchical passivity-based compliance controller that exploits robot redundancy and aims at achieving an impedance behavior with a time-varying stiffness on all the priority levels. Unfortunately, this gives rise to certain control actions that lead to the loss of the safety-critical passivity feature. To deal with this problem, we employ the concept of virtual energy tanks that keep track of the passivity violating energy in the system, ensuring that it remains bounded. This restores the passivity in the system, which guarantees the stable interaction with any passive environment. Furthermore, we augment our controller with an additional safety layer, which ensures that the energy injected through the tank into the system remains below a safe limit, defined based on the maximum kinetic energy allowed in the system. Finally, our approach is validated in terms of performance during task execution and safety both in simulations and on real-robot hardware.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192892/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Safety-Aware Hierarchical Passivity-Based Variable Compliance Control for Redundant Manipulators
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Youssef, MichelTechnical University of MunichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ott, ChristianChristian.Ott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0987-7493NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, DongheuiDongheui.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1897-7664NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Mai 2022
Erschienen in:IEEE Transactions on Robotics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:38
DOI:10.1109/TRO.2022.3174478
Seitenbereich:Seiten 3899-3916
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:1552-3098
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Compliance and impedance control, passivity-based control, redundant robots, robot safety
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Roboterdynamik & Simulation [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Strobl, Dr. Klaus H.
Hinterlegt am:23 Dez 2022 11:17
Letzte Änderung:29 Jun 2023 07:22

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