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Practical and robust incremental model predictive control for flexible joint robots

Wang, Yongchao und Zheng, Tian und Iskandar, Maged Samuel Zakri und Leibold, Marion und Lee, Jinoh (2025) Practical and robust incremental model predictive control for flexible joint robots. Mechatronics, 110, Seite 103364. Elsevier. doi: 10.1016/j.mechatronics.2025.103364. ISSN 0957-4158.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095741582500073X

Kurzfassung

This article proposes an optimization-based method for robust yet efficient control of flexible-joint robots by using the model predictive control approach. The time-delay estimation (TDE) technique is used to approximate uncertain and nonlinear dynamic equations, where neither concrete knowledge of mathematical system model parameters is required in the approximation, thus granting the model-free property for dynamics compensation and real-time system linearization. TDE is integrated with model predictive control, which is designated as the incremental model predictive control (IMPC) framework. This approach guarantees the tracking performance of the flexible joint robot with input and output constraints, such as motor torque and joint states. Moreover, the proposed controller can practically circumvent high-order derivatives in implementation while providing robust tracking, a capability that conventional methods for flexible joint robots often face challenges due to the inherent nature of their high-order dynamics. The input-to-state stability of IMPC in a local region around the reachable reference trajectory is theoretically proven, and the high approximation accuracy of the resulting incremental system is analyzed. Finally, a series of experiments is conducted on a flexible-joint robot to verify the practical effectiveness of IMPC, and superior performance in terms of high accuracy, high computational efficiency, and constraint admissibility is demonstrated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215051/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Practical and robust incremental model predictive control for flexible joint robots
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wang, YongchaoTUMhttps://orcid.org/0000-0001-9738-3076NICHT SPEZIFIZIERT
Zheng, TianTechnische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Iskandar, Maged Samuel ZakriMaged.Iskandar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leibold, MarionDLRhttps://orcid.org/0000-0002-2802-5600NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, JinohJinoh.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4901-7095187223577
Datum:26 Juni 2025
Erschienen in:Mechatronics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:110
DOI:10.1016/j.mechatronics.2025.103364
Seitenbereich:Seite 103364
Verlag:Elsevier
ISSN:0957-4158
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Flexible joint; Model predictive control
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 - Leichtbau-Robotik [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Iskandar, Maged Samuel Zakri
Hinterlegt am:03 Jul 2025 18:17
Letzte Änderung:08 Jul 2025 14:24

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