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Exact Fractional Order Impedance Rendering for Highly Flexible and Multi-Jointed Robots Using Time-Delay Estimation

Yun, Tae Ho und Beck, Fabian und Kim, MinJun und Lee, Jinoh (2025) Exact Fractional Order Impedance Rendering for Highly Flexible and Multi-Jointed Robots Using Time-Delay Estimation. IEEE Robotics and Automation Letters, 10 (12), Seiten 12891-12898. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2025.3625498. ISSN 2377-3766.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11217221

Kurzfassung

Fractional-order (FO) control, which employs non-integer orders of differintegration, has been adopted for its advantages in generalized controller design or reduced modeling complexity. For compliance control, FO impedance is employed as a generalization of conventional integer-order (IO) impedance, where forces are generated based on IO derivatives such as position, velocity, and acceleration. However, due to model uncertainties and friction, accurately rendering FO impedance on flexible joint robots (FJRs) remains challenging. Therefore, this letter proposes a model-free and robust controller that leverages the time-delay estimation (TDE) technique to estimate nonlinear and unknown terms using historical data. Furthermore, detailed tuning procedures and stability conditions are provided. The proposed controller is evaluated on a single-joint FJR, where it is compared with other FJR impedance controllers, and its robustness against disturbances and model perturbations is examined. Additionally, FO and IO impedance behaviors are compared using the proposed controller. The proposed controller is implemented on the DLR C-Runner, a legged FJR with six degrees of freedom (DoF), to validate the controller's performance in more complex systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221565/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Exact Fractional Order Impedance Rendering for Highly Flexible and Multi-Jointed Robots Using Time-Delay Estimation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Yun, Tae Hoy.tho00 (at) kaist.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beck, FabianFabian.Beck (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3239-5505NICHT SPEZIFIZIERT
Kim, MinJunMinJun.Kim (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, JinohJinoh.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4901-7095200289693
Datum:24 Oktober 2025
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1109/LRA.2025.3625498
Seitenbereich:Seiten 12891-12898
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Compliance and impedance control, compliant joints and mechanisms, flexible joint robots (FJR), fractional order (FO) control, time-delay control (TDC)
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]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Beck, Fabian
Hinterlegt am:19 Dez 2025 19:07
Letzte Änderung:19 Dez 2025 19:07

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