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Bond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe / Krishnaswamy, Kailash in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 176-185 p. Titre : Bond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe Titre original : Approche Basée par Graphique d'Obligation à Teleoperation Passif d'une Pelle Rétro Hydraulique Type de document : texte imprimé Auteurs : Krishnaswamy, Kailash, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur Article en page(s) : 176-185 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Machine  Hydraulique  Rétroaction  haptique  Système  robotique  Passivité  Stabilité  de  sureté  Système  robotique  électromécanique  Commande  électrohydraulique  Téléopération  Inertie  Non-linéarité  Comportement  cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : Human operated, hydraulic actuated machines are widely used in many high-power applications. Improving productivity, safety and task quality (e.g., haptic feedback in a teleoperated scenario) has been the focus of past research. For robotic systems that interact with the physical environments, passivity is a useful property for ensuring safety and interaction stability. While passivity is a well utilized concept in electromechanical robotic systems, investigation of electrohydraulic control systems that enforce this passivity property are rare. This paper proposes and experimentally demonstrates a teleoperation control algorithm that renders a hydraulic backhoe/force feedback joystick system as a two-port, coordinated, passive machine. By fully accounting for the fluid compressibility, inertia dynamics and nonlinearity, coordination performance is much improved over a previous scheme in which the coordination control approximates the hydraulic system by its kinematic behavior. This is accomplished by a novel bond graph based three step design methodology: (1) energetically invariant transformation of the system into a pair of "shape" and "locked" subsystems; (2) inversion of the shape system bond graph to derive the coordination control law; (3) use of the locked system bond graph to derive an appropriate control law to achieve a target locked system dynamics while ensuring the passivity property of the coordinated system. The proposed passive control law has been experimentally verified for its bilateral energy transfer ability and performance enhancements. L'humain a opéré, les machines actionnées hydrauliques sont largement répandus dans beaucoup d'applications de puissance élevée. Améliorant la productivité, la sûreté et chargent la qualité (par exemple, la rétroaction haptique dans a teleoperated le scénario) a été le centre de la recherche passée. Pour les systèmes robotiques qui agissent l'un sur l'autre avec les environnements physiques, la passivité est une propriété utile pour assurer la stabilité de sûreté et d'interaction. Tandis que la passivité est un concept bien utilisé dans les systèmes robotiques électromécaniques, la recherche sur les systèmes de commande électrohydrauliques qui imposent cette propriété de passivité sont rare. Cet article propose et démontre expérimentalement un algorithme de commande de teleoperation qui rend un système hydraulique de manche de rétroaction de force de pelle rétro comme port deux, machine coordonnée et passive. Par entièrement comptabilité pour la compressibilité, la dynamique d'inertie et la non-linéarité liquides, l'exécution de coordination est beaucoup améliorée au-dessus d'un arrangement précédent dans lequel la commande de coordination rapproche le circuit hydraulique par son comportement cinématique. Ceci est accompli par un graphique d'obligation de roman a basé la méthodologie de conception de trois étapes : (1) la transformation énergétiquement invariable du système dans une paire de "forme" et "a fermé" des sous-ensembles à clef ; (2) inversion du graphique d'obligation de système de forme pour dériver la loi de commande de coordination ; (3) l'utilisation du graphique verrouillé d'obligation de système de dériver une loi appropriée de commande pour réaliser une cible a fermé la dynamique à clef de système tout en assurant la propriété de passivité du système coordonné. La loi passive proposée de commande a été expérimentalement vérifiée pour assurer ses perfectionnements bilatéraux de capacités et d'exécution de transfert d'énergie. En ligne : kailash.kvishnaswamy@honeywell.com, pli@me.umn.edu [article] Bond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe = Approche Basée par Graphique d'Obligation à Teleoperation Passif d'une Pelle Rétro Hydraulique [texte imprimé] / Krishnaswamy, Kailash, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur . - 176-185 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 176-185 p. Mots-clés : Machine  Hydraulique  Rétroaction  haptique  Système  robotique  Passivité  Stabilité  de  sureté  Système  robotique  électromécanique  Commande  électrohydraulique  Téléopération  Inertie  Non-linéarité  Comportement  cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : Human operated, hydraulic actuated machines are widely used in many high-power applications. Improving productivity, safety and task quality (e.g., haptic feedback in a teleoperated scenario) has been the focus of past research. For robotic systems that interact with the physical environments, passivity is a useful property for ensuring safety and interaction stability. While passivity is a well utilized concept in electromechanical robotic systems, investigation of electrohydraulic control systems that enforce this passivity property are rare. This paper proposes and experimentally demonstrates a teleoperation control algorithm that renders a hydraulic backhoe/force feedback joystick system as a two-port, coordinated, passive machine. By fully accounting for the fluid compressibility, inertia dynamics and nonlinearity, coordination performance is much improved over a previous scheme in which the coordination control approximates the hydraulic system by its kinematic behavior. This is accomplished by a novel bond graph based three step design methodology: (1) energetically invariant transformation of the system into a pair of "shape" and "locked" subsystems; (2) inversion of the shape system bond graph to derive the coordination control law; (3) use of the locked system bond graph to derive an appropriate control law to achieve a target locked system dynamics while ensuring the passivity property of the coordinated system. The proposed passive control law has been experimentally verified for its bilateral energy transfer ability and performance enhancements. L'humain a opéré, les machines actionnées hydrauliques sont largement répandus dans beaucoup d'applications de puissance élevée. Améliorant la productivité, la sûreté et chargent la qualité (par exemple, la rétroaction haptique dans a teleoperated le scénario) a été le centre de la recherche passée. Pour les systèmes robotiques qui agissent l'un sur l'autre avec les environnements physiques, la passivité est une propriété utile pour assurer la stabilité de sûreté et d'interaction. Tandis que la passivité est un concept bien utilisé dans les systèmes robotiques électromécaniques, la recherche sur les systèmes de commande électrohydrauliques qui imposent cette propriété de passivité sont rare. Cet article propose et démontre expérimentalement un algorithme de commande de teleoperation qui rend un système hydraulique de manche de rétroaction de force de pelle rétro comme port deux, machine coordonnée et passive. Par entièrement comptabilité pour la compressibilité, la dynamique d'inertie et la non-linéarité liquides, l'exécution de coordination est beaucoup améliorée au-dessus d'un arrangement précédent dans lequel la commande de coordination rapproche le circuit hydraulique par son comportement cinématique. Ceci est accompli par un graphique d'obligation de roman a basé la méthodologie de conception de trois étapes : (1) la transformation énergétiquement invariable du système dans une paire de "forme" et "a fermé" des sous-ensembles à clef ; (2) inversion du graphique d'obligation de système de forme pour dériver la loi de commande de coordination ; (3) l'utilisation du graphique verrouillé d'obligation de système de dériver une loi appropriée de commande pour réaliser une cible a fermé la dynamique à clef de système tout en assurant la propriété de passivité du système coordonné. La loi passive proposée de commande a été expérimentalement vérifiée pour assurer ses perfectionnements bilatéraux de capacités et d'exécution de transfert d'énergie. En ligne : kailash.kvishnaswamy@honeywell.com, pli@me.umn.edu