Compliance Control for an Anthropomorphic Robot with Elastic Joints: Theory and Experiments / Zollo, Loredana in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005)  

Public ISBD [article]  inTransactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 321-328 p. Titre : Compliance Control for an Anthropomorphic Robot with Elastic Joints: Theory and Experiments Titre original : Commande de Conformité pour un Robot Anthropomorphe avec les Joints Elastiques : Théorie et Expériences Type de document : texte imprimé Auteurs : Zollo, Loredana, Auteur ; Siciliano, Bruno, Auteur ; Alessandro De Luca ; Guglielmelli, Eugenio ; Dario, Paolo Année de publication : 2006 Article en page(s) : 321-328 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Manipulateurs Robots Joints élastiques Phénomènes vibratoires Elasticité Pesanteur Boucle bloquée Stabilité asymptotique Robotique biomédicale Index. décimale : 620.1/389 Résumé : Studies on motion control of robot manipulators with elastic joints are basically aimed at improving robot performance in tracking or regulation tasks. In the interaction between robot and environment, instead, the main objective of a control strategy should be the reduction of the vibrational and chattering phenomena that elasticity in the robot joints can cause. This work takes into account working environments where unexpected interactions are experienced and proposes a compliance control scheme in the cartesian space to reduce the counter effects of elasticity. Two theoretical formulations of the control law are presented, which differ for the term of gravity compensation. For both of them the closed loop equilibrium conditions are evaluated and asymptotic stability is proven through the direct Lyapunov method. The two control laws are applied to a particular class of elastic robot manipulators, i.e., cable-actuated robots, since their intrinsic mechanical compliance can be successfully utilized in applications of biomedical robotics ans assistive robotics. A compared experimental analysis of the two formulations of compliance control is finally carried out in order to verify stability of the two closed loop systems as well as the capability to control the robot force in the interaction. Des études sur la commande de mouvement des manipulateurs de robot avec les joints élastiques sont fondamentalement visées améliorant l'exécution de robot dans le cheminement ou le règlement charge. Dans l'interaction entre le robot et l'environnement, au lieu de cela, l'objectif principal d'une stratégie de commande devrait être la réduction des phénomènes vibratoires et de vibration que l'élasticité dans les joints de robot peut causer. Ce travail tient compte des environnements de fonctionnement où les interactions inattendues sont expérimentées et propose un arrangement de commande de conformité dans l'espace cartésien pour réduire les contre- effets de l'élasticité. Deux formulations théoriques de la loi de commande sont présentées, qui diffèrent pour la limite de la compensation de pesanteur. Pour les deux les conditions d'équilibre de boucle bloquée sont évalués et la stabilité asymptotique est prouvée par la méthode directe de Lyapunov. Les deux lois de commande sont appliquées à une classe particulière des manipulateurs élastiques de robot, i.e., robots câble-actionnés, puisque leur conformité mécanique intrinsèque peut être avec succès utilisée dans les applications de la robotique assistive d'american national standard de robotique biomédicale. Une analyse expérimentale comparée des deux formulations de la commande de conformité est finalement effectuée afin de vérifier la stabilité des deux systèmes de boucle bloquée aussi bien que les possibilités pour commander la force de robot dans l'interaction. En ligne : I.zollo@unicampus.it, siciliano@unima.it, deluca@dis.uniromal.it, e.guglielmelli [...] [article] Compliance Control for an Anthropomorphic Robot with Elastic Joints: Theory and Experiments = Commande de Conformité pour un Robot Anthropomorphe avec les Joints Elastiques : Théorie et Expériences [texte imprimé] / Zollo, Loredana, Auteur ; Siciliano, Bruno, Auteur ; Alessandro De Luca ; Guglielmelli, Eugenio ; Dario, Paolo . - 2006 . - 321-328 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 321-328 p. Mots-clés : Manipulateurs Robots Joints élastiques Phénomènes vibratoires Elasticité Pesanteur Boucle bloquée Stabilité asymptotique Robotique biomédicale Index. décimale : 620.1/389 Résumé : Studies on motion control of robot manipulators with elastic joints are basically aimed at improving robot performance in tracking or regulation tasks. In the interaction between robot and environment, instead, the main objective of a control strategy should be the reduction of the vibrational and chattering phenomena that elasticity in the robot joints can cause. This work takes into account working environments where unexpected interactions are experienced and proposes a compliance control scheme in the cartesian space to reduce the counter effects of elasticity. Two theoretical formulations of the control law are presented, which differ for the term of gravity compensation. For both of them the closed loop equilibrium conditions are evaluated and asymptotic stability is proven through the direct Lyapunov method. The two control laws are applied to a particular class of elastic robot manipulators, i.e., cable-actuated robots, since their intrinsic mechanical compliance can be successfully utilized in applications of biomedical robotics ans assistive robotics. A compared experimental analysis of the two formulations of compliance control is finally carried out in order to verify stability of the two closed loop systems as well as the capability to control the robot force in the interaction. Des études sur la commande de mouvement des manipulateurs de robot avec les joints élastiques sont fondamentalement visées améliorant l'exécution de robot dans le cheminement ou le règlement charge. Dans l'interaction entre le robot et l'environnement, au lieu de cela, l'objectif principal d'une stratégie de commande devrait être la réduction des phénomènes vibratoires et de vibration que l'élasticité dans les joints de robot peut causer. Ce travail tient compte des environnements de fonctionnement où les interactions inattendues sont expérimentées et propose un arrangement de commande de conformité dans l'espace cartésien pour réduire les contre- effets de l'élasticité. Deux formulations théoriques de la loi de commande sont présentées, qui diffèrent pour la limite de la compensation de pesanteur. Pour les deux les conditions d'équilibre de boucle bloquée sont évalués et la stabilité asymptotique est prouvée par la méthode directe de Lyapunov. Les deux lois de commande sont appliquées à une classe particulière des manipulateurs élastiques de robot, i.e., robots câble-actionnés, puisque leur conformité mécanique intrinsèque peut être avec succès utilisée dans les applications de la robotique assistive d'american national standard de robotique biomédicale. Une analyse expérimentale comparée des deux formulations de la commande de conformité est finalement effectuée afin de vérifier la stabilité des deux systèmes de boucle bloquée aussi bien que les possibilités pour commander la force de robot dans l'interaction. En ligne : I.zollo@unicampus.it, siciliano@unima.it, deluca@dis.uniromal.it, e.guglielmelli [...]

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Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy / Formica, Domenico in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006)  

Public ISBD [article]  inTransactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 152-158 p. Titre : Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy Titre original : Commande Dépendante de Conformité de Couple dans l'Espace Commun pour le Robot a Négocié la Thérapie de Moteur Type de document : texte imprimé Auteurs : Formica, Domenico, Auteur ; Zollo, Loredana, Auteur ; Guglielmelli, Eugenio Année de publication : 2006 Article en page(s) : 152-158 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Machine robotique Régulation Modèle dynamique Simulation Adaptabilité Sûreté Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper is focused on the design of interaction control of robotic machines for rehabilitative motor therapy of the upper limb. The control approach tries to address requirements deriving from the application field and adopts a bioinspired approach for regulating robot behavior in the interaction with the patient. An inner-outer loop control scheme is proposed. In order to tune the level of force and improve robot adaptability in the interaction with the patient, a classical outer force control loop is used. For the inner loop, a novel control law for low-level tuning of robot compliance is introduced, that is borrowed from studies on the biological mechanisms for regulating the elastic properties of the human arm. A dedicated simulation tool, which models the dynamics of an operational robotic machine interacting with a human subject, has been developed. Validation of basic adaptability and safety requirements of the control scheme is carried out in simple tasks, e.g., reaching and contact/noncontact transitions, as well as in simulated situations of typical motor exercises. In particular, the simulation tests demonstrate the adaptive capabilities of the proposed control schemes, e.g., in counterbalancing patient incorrect movements related to the various levels of disability. Moreover, preliminar experimental tests carried out on a real robotic system demonstrated the possibility of using the proposed approach for guaranteeing safe interaction with the patient. Cet article est concentré sur la conception de la commande d'interaction des machines robotiques pour la thérapie réhabilitative de moteur du membre supérieur. L'approche de commande essaye d'adresser des conditions dérivant du champ d'application et adopte a bioinspired l'approche pour le comportement de régulation de robot dans l'interaction avec le patient. On propose un arrangement intérieur-externe de commande de boucle. Afin d'accorder le niveau de la force et améliorer l'adaptabilité de robot dans l'interaction avec le patient, une boucle d'avertissement externe classique de force est employée. Pour la boucle intérieure, une loi de commande de roman pour l'accord de niveau bas de la conformité de robot est présentée, qui est empruntée aux études sur les mécanismes biologiques pour régler les propriétés élastiques du bras humain. Un outil consacré de simulation, qui modèle la dynamique d'une machine robotique opérationnelle agissant l'un sur l'autre avec un sujet humain, a été développé. La validation des conditions de base d'adaptabilité et de sûreté de l'arrangement de commande est effectuée dans simple charge, par exemple, l'atteinte et entre en contact avec des transitions de non contact, aussi bien que dans des situations simulées des exercices typiques de moteur. En particulier, les essais de simulation démontrent les possibilités adaptatives des arrangements proposés de commande, par exemple, en équilibrant les mouvements incorrects patients liés aux divers niveaux de l'incapacité. D'ailleurs, les essais expérimentaux preliminar effectués sur un vrai système robotique ont démontré la possibilité d'employer l'approche proposée pour garantir l'interaction sûre avec le patient. En ligne : d.formica@unicampus.it, l.zallo@unicampus.it, e.guglielmelli@unicampus.it [article] Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy = Commande Dépendante de Conformité de Couple dans l'Espace Commun pour le Robot a Négocié la Thérapie de Moteur [texte imprimé] / Formica, Domenico, Auteur ; Zollo, Loredana, Auteur ; Guglielmelli, Eugenio . - 2006 . - 152-158 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 152-158 p. Mots-clés : Machine robotique Régulation Modèle dynamique Simulation Adaptabilité Sûreté Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper is focused on the design of interaction control of robotic machines for rehabilitative motor therapy of the upper limb. The control approach tries to address requirements deriving from the application field and adopts a bioinspired approach for regulating robot behavior in the interaction with the patient. An inner-outer loop control scheme is proposed. In order to tune the level of force and improve robot adaptability in the interaction with the patient, a classical outer force control loop is used. For the inner loop, a novel control law for low-level tuning of robot compliance is introduced, that is borrowed from studies on the biological mechanisms for regulating the elastic properties of the human arm. A dedicated simulation tool, which models the dynamics of an operational robotic machine interacting with a human subject, has been developed. Validation of basic adaptability and safety requirements of the control scheme is carried out in simple tasks, e.g., reaching and contact/noncontact transitions, as well as in simulated situations of typical motor exercises. In particular, the simulation tests demonstrate the adaptive capabilities of the proposed control schemes, e.g., in counterbalancing patient incorrect movements related to the various levels of disability. Moreover, preliminar experimental tests carried out on a real robotic system demonstrated the possibility of using the proposed approach for guaranteeing safe interaction with the patient. Cet article est concentré sur la conception de la commande d'interaction des machines robotiques pour la thérapie réhabilitative de moteur du membre supérieur. L'approche de commande essaye d'adresser des conditions dérivant du champ d'application et adopte a bioinspired l'approche pour le comportement de régulation de robot dans l'interaction avec le patient. On propose un arrangement intérieur-externe de commande de boucle. Afin d'accorder le niveau de la force et améliorer l'adaptabilité de robot dans l'interaction avec le patient, une boucle d'avertissement externe classique de force est employée. Pour la boucle intérieure, une loi de commande de roman pour l'accord de niveau bas de la conformité de robot est présentée, qui est empruntée aux études sur les mécanismes biologiques pour régler les propriétés élastiques du bras humain. Un outil consacré de simulation, qui modèle la dynamique d'une machine robotique opérationnelle agissant l'un sur l'autre avec un sujet humain, a été développé. La validation des conditions de base d'adaptabilité et de sûreté de l'arrangement de commande est effectuée dans simple charge, par exemple, l'atteinte et entre en contact avec des transitions de non contact, aussi bien que dans des situations simulées des exercices typiques de moteur. En particulier, les essais de simulation démontrent les possibilités adaptatives des arrangements proposés de commande, par exemple, en équilibrant les mouvements incorrects patients liés aux divers niveaux de l'incapacité. D'ailleurs, les essais expérimentaux preliminar effectués sur un vrai système robotique ont démontré la possibilité d'employer l'approche proposée pour garantir l'interaction sûre avec le patient. En ligne : d.formica@unicampus.it, l.zallo@unicampus.it, e.guglielmelli@unicampus.it

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