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Comparison of Control Strategies to Excite Intrinsic Oscillations in a SEA-Driven Robotic Joint

Schmidt, Annika und Pasic, Filip und Calzolari, Davide und Sachtler, Arne und Gumpert, Thomas und Keppler, Manuel und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu (2024) Comparison of Control Strategies to Excite Intrinsic Oscillations in a SEA-Driven Robotic Joint. In: 2024 European Control Conference, ECC 2024, Seiten 2194-2199. IEEE. European Control Conference (ECC) 2024, 2024-06-25 - 2024-06-28, Stockholm, Sweden. doi: 10.23919/ECC64448.2024.10591121. ISBN 978-390714410-7.

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2MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10591121

Kurzfassung

During the execution of periodic motions, such as locomotion, animals exploit the elasticity in their body to increase efficiency. Adding elasticity in robotic systems, e.g., through a Series Elastic Actuator (SEA), enables to mimic this biological solution by storing energy in the spring. The standard strategy to efficiently drive such systems in periodic motions is to assume the motor static such that the SEA behaves like a single-mass-spring system, excited at its natural frequency. However, when regarding the SEA as a two-mass- spring system, we can derive another control strategy to excite periodic oscillations, where the motor and link inertia exhibit anti-phasic oscillations. This paper compares these two control strategies on a hardware SEA test bed regarding performance metrics such as maximal input torque and electrical power consumption. The control objective for this comparison is to excite a link oscillation with a desired amplitude, as could be needed for a pick-and-place task. We find that less current is needed for the given task and hardware for the first control strategy. The second strategy causes more friction that needs compensation but also increases stored system energy for the desired amplitude. When adding motor inertia shaping to this second strategy, we find a flexible controller that can shift the system to either behave like a single- or two-mass-spring system. Thus, we propose a promising control approach that can adapt system behavior to best suit a given oscillatory task.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205590/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Comparison of Control Strategies to Excite Intrinsic Oscillations in a SEA-Driven Robotic Joint
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmidt, Annikaannika.schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4718-4201164762410
Pasic, FilipNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Calzolari, DavideDavide.Calzolari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0165-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Sachtler, ArneArne.Sachtler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4974-4134NICHT SPEZIFIZIERT
Gumpert, ThomasThomas.Gumpert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keppler, ManuelManuel.Keppler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1532-963XNICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074164762413
Datum:27 Juni 2024
Erschienen in:2024 European Control Conference, ECC 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.23919/ECC64448.2024.10591121
Seitenbereich:Seiten 2194-2199
Verlag:IEEE
ISBN:978-390714410-7
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Power demand Torque Friction Elasticity Motors Hardware Task analysis
Veranstaltungstitel:European Control Conference (ECC) 2024
Veranstaltungsort:Stockholm, Sweden
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:25 Juni 2024
Veranstaltungsende:28 Juni 2024
Veranstalter :European Control Association (EUCA)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Laufroboter/Lokomotion [RO], R - Roboterdynamik & Simulation [RO], R - Leichtbau-Robotik [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Sachtler, Arne
Hinterlegt am:01 Aug 2024 21:57
Letzte Änderung:03 Sep 2024 09:54

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