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Ajouter le résultat dans votre panierDesign of Machines With Compliant Bodies for Biomimetic Locomotion in Liquid Environments / Valdivia y Alvarado, Pablo in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 3-13 p.
Titre : Design of Machines With Compliant Bodies for Biomimetic Locomotion in Liquid Environments Titre original : Conception des Machines avec les Corps Conformes pour la Locomotion de Biomimetic dans les Environnements Liquides Type de document : texte imprimé Auteurs : Valdivia y Alvarado, Pablo, Auteur ; Youcef-Toumi, Kamal, Auteur Article en page(s) : 3-13 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Locomotion biomimétic Conception alternative Environnement liquide Solution analytique Comportement cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : The aim of this work is to investigate alternative designs for machines intended for biomimetic locomotion in liquid environments. For this, structural compliance instead of discrete assemblies is used to achieve desired mechanism kinematics. We propose two models that describe the dynamics of special compliant mechanisms that can be used to achieve biomimetic locomotion in liquid environments. In addition, we describe the use of analytical solutions for mechanism design. Prototypes that implement the proposed compliant mechanisms are presented and their performance is measured by comparing their kinematic behavior and ultimate locomotion performance with the ones of real fish. This study shows that simpler, more robust mechanisms, as the ones described in this paper, can display comparable performance to existing designs.
Le but de ce travail est d'étudier des conceptions alternatives pour des machines destinées à la locomotion biomimetic dans les environnements liquides. Pour ceci, la conformité structurale au lieu des assemblées discrètes est employée pour réaliser la cinématique désirée de mécanisme. Nous proposons deux modèles qui décrivent la dynamique des mécanismes conformes spéciaux qui peuvent être employés pour réaliser la locomotion biomimetic dans les environnements liquides. En outre, nous décrivons l'utilisation des solutions analytiques pour la conception de mécanisme. Des prototypes qui mettent en application les mécanismes conformes proposés sont présentés et leur exécution est mesurés en comparant leur comportement cinématique et exécution finale de locomotion à celle de vrais poissons. Cette étude prouve que des mécanismes plus simples et plus robustes, en tant que ceux décrits en cet article, peuvent montrer l'exécution comparable aux conceptions existantes.En ligne : pablov@mit.edu, youcef@mit.edu [article] Design of Machines With Compliant Bodies for Biomimetic Locomotion in Liquid Environments = Conception des Machines avec les Corps Conformes pour la Locomotion de Biomimetic dans les Environnements Liquides [texte imprimé] / Valdivia y Alvarado, Pablo, Auteur ; Youcef-Toumi, Kamal, Auteur . - 3-13 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 3-13 p.
Mots-clés : Locomotion biomimétic Conception alternative Environnement liquide Solution analytique Comportement cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : The aim of this work is to investigate alternative designs for machines intended for biomimetic locomotion in liquid environments. For this, structural compliance instead of discrete assemblies is used to achieve desired mechanism kinematics. We propose two models that describe the dynamics of special compliant mechanisms that can be used to achieve biomimetic locomotion in liquid environments. In addition, we describe the use of analytical solutions for mechanism design. Prototypes that implement the proposed compliant mechanisms are presented and their performance is measured by comparing their kinematic behavior and ultimate locomotion performance with the ones of real fish. This study shows that simpler, more robust mechanisms, as the ones described in this paper, can display comparable performance to existing designs.
Le but de ce travail est d'étudier des conceptions alternatives pour des machines destinées à la locomotion biomimetic dans les environnements liquides. Pour ceci, la conformité structurale au lieu des assemblées discrètes est employée pour réaliser la cinématique désirée de mécanisme. Nous proposons deux modèles qui décrivent la dynamique des mécanismes conformes spéciaux qui peuvent être employés pour réaliser la locomotion biomimetic dans les environnements liquides. En outre, nous décrivons l'utilisation des solutions analytiques pour la conception de mécanisme. Des prototypes qui mettent en application les mécanismes conformes proposés sont présentés et leur exécution est mesurés en comparant leur comportement cinématique et exécution finale de locomotion à celle de vrais poissons. Cette étude prouve que des mécanismes plus simples et plus robustes, en tant que ceux décrits en cet article, peuvent montrer l'exécution comparable aux conceptions existantes.En ligne : pablov@mit.edu, youcef@mit.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 14-25 p.
Titre : The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton Titre original : Exosquelette Inférieur d'Extrémité de Berkeley Type de document : texte imprimé Auteurs : H. Kazerooni, Auteur ; Steger, R., Auteur Article en page(s) : 14-25 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Exosquelette Charge autonome Algorithme de commande Puissance Déclancheur Sonde Ordinateur Prolongation Sensibilité de système Perturbation Mesure de robustesse Algorithme de commande Circuit fermé Variation de paramètre Index. décimale : 629.8 Résumé : The first functional load-carrying and energetically autonomous exoskeleton was demonstrated at the University of California, Berkeley, walking at the average speed of 1.3 m/s (2.9 mph) while carrying a 34 kg (75 lb) payload. Four fundamental technologies associated with the Berkeley lower extremity exoskeleton were tackled during the course of this project. These four core technologies include the design of the exoskeleton architecture, control schemes, a body local area network to host the control algorithm, and a series of on-board power units to power the actuators, sensors, and the computers. This paper gives an overview of one of the control schemes. The analysis here is an extension of the classical definition of the sensitivity function of a system: the ability of a system to reject disturbances or the measure of system robustness. The control algorithm developed here increases the closed-loop system sensitivity to its wearer's forces and torques without any measurement from the wearer (such as force, position, or electromyogram signal). The control method has little robustness to parameter variations and therefore requires a relatively good dynamic model of the system. The trade-offs between having sensors to measure human variables and the lack of robustness to parameter variation are described.
Le premier exosquelette supportant la charge et énergétiquement autonome fonctionnel a été démontré à l'université de la Californie, Berkeley, marchant à la vitesse moyenne de 1.3 m/s (2.9 M/H) tout en portant une charge utile de 34 kilogrammes (75 livres). Quatre technologies fondamentales se sont associées au Berkeley l'exosquelette qu'inférieur d'extrémité ont été abordés pendant ce projet. Ces technologies de quatre noyaux incluent la conception de l'architecture d'exosquelette, des arrangements de commande, d'un réseau local de corps pour accueillir l'algorithme de commande, et des séries d'unités de puissance à bord pour actionner les déclencheurs, des sondes, et les ordinateurs. Cet article donne une vue d'ensemble d'un des arrangements de commande. L'analyse ici est une prolongation de la définition classique de la fonction de sensibilité d'un système : la capacité d'un système de rejeter des perturbations ou la mesure de robustesse de système. L'algorithme de commande développé ici augmente la sensibilité en circuit fermé de système aux forces et aux couples de son porteur sans n'importe quelle mesure du porteur (tel que la force, la position, ou le signal d'electromyogram). La méthode de contrôle a peu de robustesse aux variations de paramètre et exige donc un modèle dynamique relativement bon du système. Les différences entre avoir des sondes pour mesurer des variables humaines et le manque de robustesse à la variation de paramètre sont décrites.En ligne : exo@bekeley.edu [article] The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton = Exosquelette Inférieur d'Extrémité de Berkeley [texte imprimé] / H. Kazerooni, Auteur ; Steger, R., Auteur . - 14-25 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 14-25 p.
Mots-clés : Exosquelette Charge autonome Algorithme de commande Puissance Déclancheur Sonde Ordinateur Prolongation Sensibilité de système Perturbation Mesure de robustesse Algorithme de commande Circuit fermé Variation de paramètre Index. décimale : 629.8 Résumé : The first functional load-carrying and energetically autonomous exoskeleton was demonstrated at the University of California, Berkeley, walking at the average speed of 1.3 m/s (2.9 mph) while carrying a 34 kg (75 lb) payload. Four fundamental technologies associated with the Berkeley lower extremity exoskeleton were tackled during the course of this project. These four core technologies include the design of the exoskeleton architecture, control schemes, a body local area network to host the control algorithm, and a series of on-board power units to power the actuators, sensors, and the computers. This paper gives an overview of one of the control schemes. The analysis here is an extension of the classical definition of the sensitivity function of a system: the ability of a system to reject disturbances or the measure of system robustness. The control algorithm developed here increases the closed-loop system sensitivity to its wearer's forces and torques without any measurement from the wearer (such as force, position, or electromyogram signal). The control method has little robustness to parameter variations and therefore requires a relatively good dynamic model of the system. The trade-offs between having sensors to measure human variables and the lack of robustness to parameter variation are described.
Le premier exosquelette supportant la charge et énergétiquement autonome fonctionnel a été démontré à l'université de la Californie, Berkeley, marchant à la vitesse moyenne de 1.3 m/s (2.9 M/H) tout en portant une charge utile de 34 kilogrammes (75 livres). Quatre technologies fondamentales se sont associées au Berkeley l'exosquelette qu'inférieur d'extrémité ont été abordés pendant ce projet. Ces technologies de quatre noyaux incluent la conception de l'architecture d'exosquelette, des arrangements de commande, d'un réseau local de corps pour accueillir l'algorithme de commande, et des séries d'unités de puissance à bord pour actionner les déclencheurs, des sondes, et les ordinateurs. Cet article donne une vue d'ensemble d'un des arrangements de commande. L'analyse ici est une prolongation de la définition classique de la fonction de sensibilité d'un système : la capacité d'un système de rejeter des perturbations ou la mesure de robustesse de système. L'algorithme de commande développé ici augmente la sensibilité en circuit fermé de système aux forces et aux couples de son porteur sans n'importe quelle mesure du porteur (tel que la force, la position, ou le signal d'electromyogram). La méthode de contrôle a peu de robustesse aux variations de paramètre et exige donc un modèle dynamique relativement bon du système. Les différences entre avoir des sondes pour mesurer des variables humaines et le manque de robustesse à la variation de paramètre sont décrites.En ligne : exo@bekeley.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 26-35 p.
Titre : The Effect of Leg Specialization in a Biomimetic Hexapedal Running Robot Titre original : L'Effet de la pécialisation de Jambe dans un Robot Courant de Biomimetic Hexapedal Type de document : texte imprimé Auteurs : Clarck, Jonathan E., Auteur ; Cutkosky, Mark R., Auteur Article en page(s) : 26-35 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Robot héxapedal Fonctionnement stable Boucle ouverte Structure de jambe Simulation dynamique Index. décimale : 629.8 Résumé : The biologically inspired Sprawl family of hexapedal robots has shown that fast and stable running is possible with only open-loop control. Proper design of the passively self-stabilizing leg structure has enabled these robots to run at speeds of up to 15 bodylengths/s and over uneven terrain. Unlike other running robots built to date, the Sprawl robots' front and rear legs are designed to preform distinct functional roles. Like the cockroaches that inspired them, the front legs of the robots act to lift and decelerate, while the rear legs provide the primary forward thrust. This paper uses a dynamic simulation to investigate the effect that changing the robot's leg structure and posture has on its performance. The simulation results support our hypothesis that the use of a differential leg function induced through postural adjustments effectively trades efficiency for stability.
La famille biologiquement inspirée de position abandonnée des robots hexapedal a prouvé que le fonctionnement rapide et stable est possible avec seulement la commande de boucle ouverte. La conception appropriée passivement de la structure de jambe de art de l'auto-portrait-stabilizing a permis à ces robots de fonctionner aux vitesses de jusqu'à 15 bodylengths/s et de terrain inégal d'excédent. À la différence d'autres robots de fonctionnement construits jusqu'ici, les robots de position abandonnée avant et des jambes arrière sont conçus pour préformer des rôles fonctionnels distincts. Comme les cancrelats qui les ont inspirés, les jambes avant des robots agissent de se soulever et ralentir, alors que les jambes arrière fournissent la poussée vers l'avant primaire. Cet article emploie une simulation dynamique pour étudier l'effet que changer la structure et le maintien de la jambe du robot a sur son exécution. Les résultats de simulation soutiennent notre hypothèse que l'utilisation d'une fonction différentielle de jambe induit par des ajustements posturaux commerce efficacement l'efficacité pour la stabilité.En ligne : jonclarck@seas.upenn.edu [article] The Effect of Leg Specialization in a Biomimetic Hexapedal Running Robot = L'Effet de la pécialisation de Jambe dans un Robot Courant de Biomimetic Hexapedal [texte imprimé] / Clarck, Jonathan E., Auteur ; Cutkosky, Mark R., Auteur . - 26-35 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 26-35 p.
Mots-clés : Robot héxapedal Fonctionnement stable Boucle ouverte Structure de jambe Simulation dynamique Index. décimale : 629.8 Résumé : The biologically inspired Sprawl family of hexapedal robots has shown that fast and stable running is possible with only open-loop control. Proper design of the passively self-stabilizing leg structure has enabled these robots to run at speeds of up to 15 bodylengths/s and over uneven terrain. Unlike other running robots built to date, the Sprawl robots' front and rear legs are designed to preform distinct functional roles. Like the cockroaches that inspired them, the front legs of the robots act to lift and decelerate, while the rear legs provide the primary forward thrust. This paper uses a dynamic simulation to investigate the effect that changing the robot's leg structure and posture has on its performance. The simulation results support our hypothesis that the use of a differential leg function induced through postural adjustments effectively trades efficiency for stability.
La famille biologiquement inspirée de position abandonnée des robots hexapedal a prouvé que le fonctionnement rapide et stable est possible avec seulement la commande de boucle ouverte. La conception appropriée passivement de la structure de jambe de art de l'auto-portrait-stabilizing a permis à ces robots de fonctionner aux vitesses de jusqu'à 15 bodylengths/s et de terrain inégal d'excédent. À la différence d'autres robots de fonctionnement construits jusqu'ici, les robots de position abandonnée avant et des jambes arrière sont conçus pour préformer des rôles fonctionnels distincts. Comme les cancrelats qui les ont inspirés, les jambes avant des robots agissent de se soulever et ralentir, alors que les jambes arrière fournissent la poussée vers l'avant primaire. Cet article emploie une simulation dynamique pour étudier l'effet que changer la structure et le maintien de la jambe du robot a sur son exécution. Les résultats de simulation soutiennent notre hypothèse que l'utilisation d'une fonction différentielle de jambe induit par des ajustements posturaux commerce efficacement l'efficacité pour la stabilité.En ligne : jonclarck@seas.upenn.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 36-43 p.
Titre : Design Methodology for Biomimetic Propulsion of Miniature Swimming Robots Titre original : Méthodologie de Conception pour la Propulsion de Biomimetic des Robots Miniatures de Natation Type de document : texte imprimé Auteurs : Behkam, Bahareh, Auteur ; Sitti, Metin, Auteur Article en page(s) : 36-43 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Système miniature Propulsion Microrobot de natation Modèle hydrodynamique Index. décimale : 629.8 Résumé : Miniature and energy-efficient propulsion systems hold the key to maturing the technology of swimming microrobots. In this paper, two new methods of propulsion inspired by the motility mechanism of prokaryotic and eukaryotic microorganisms are proposed. Hydrodynamic models for each of the two methods are developed, and the optimized design parameters for each of the two propulsion modes are demonstrated. To validate the theoretical result for the prokaryotic flagellar motion, a scaled-up prototype of the robot is fabricated and tested in silicone oil, using the Buckingham PI theorem for scaling. The proposed propulsion methods are appropriate for the swimming robots that are intended to swim in low-velocity fluids.
Les systèmes miniatures et de rendement optimum de propulsion tiennent la clef sur mûrir la technologie des microrobots de natation. En cet article, deux nouvelles méthodes de propulsion ont inspiré par le mécanisme de motilité de prokaryotic et des micro-organismes eukaryotic sont proposés. Des modèles hydrodynamiques pour chacune des deux méthodes sont développés, et les paramètres de conception optimisés pour chacun des deux modes de propulsion sont démontrés. Pour valider le résultat théorique pour le mouvement flagellar prokaryotic, un prototype mesuré-vers le haut du robot est fabriqué et examiné en huile de silicone, en utilisant le théorème de Buckingham pi pour la graduation. Les méthodes proposées de propulsion sont appropriées pour les robots de natation qui sont prévus pour nager en fluides à vitesse réduite.En ligne : behkam@cmu.edu,sitti@cmu.edu [article] Design Methodology for Biomimetic Propulsion of Miniature Swimming Robots = Méthodologie de Conception pour la Propulsion de Biomimetic des Robots Miniatures de Natation [texte imprimé] / Behkam, Bahareh, Auteur ; Sitti, Metin, Auteur . - 36-43 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 36-43 p.
Mots-clés : Système miniature Propulsion Microrobot de natation Modèle hydrodynamique Index. décimale : 629.8 Résumé : Miniature and energy-efficient propulsion systems hold the key to maturing the technology of swimming microrobots. In this paper, two new methods of propulsion inspired by the motility mechanism of prokaryotic and eukaryotic microorganisms are proposed. Hydrodynamic models for each of the two methods are developed, and the optimized design parameters for each of the two propulsion modes are demonstrated. To validate the theoretical result for the prokaryotic flagellar motion, a scaled-up prototype of the robot is fabricated and tested in silicone oil, using the Buckingham PI theorem for scaling. The proposed propulsion methods are appropriate for the swimming robots that are intended to swim in low-velocity fluids.
Les systèmes miniatures et de rendement optimum de propulsion tiennent la clef sur mûrir la technologie des microrobots de natation. En cet article, deux nouvelles méthodes de propulsion ont inspiré par le mécanisme de motilité de prokaryotic et des micro-organismes eukaryotic sont proposés. Des modèles hydrodynamiques pour chacune des deux méthodes sont développés, et les paramètres de conception optimisés pour chacun des deux modes de propulsion sont démontrés. Pour valider le résultat théorique pour le mouvement flagellar prokaryotic, un prototype mesuré-vers le haut du robot est fabriqué et examiné en huile de silicone, en utilisant le théorème de Buckingham pi pour la graduation. Les méthodes proposées de propulsion sont appropriées pour les robots de natation qui sont prévus pour nager en fluides à vitesse réduite.En ligne : behkam@cmu.edu,sitti@cmu.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 44-52 p.
Titre : Controlling the Apparent Inertia of Passive Human-Interactive Robots Titre original : Contrôle de l'Inertie Apparente des Robots Interactifs Humains Passifs Type de document : texte imprimé Auteurs : Worsnopp, Tom, Auteur ; Colgate, Edward J. ; Lynch, Kevin ; Peshkin, Michael, Auteur Article en page(s) : 44-52 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dispositif robotique passif Inertie Variation spatiale Contrainte Méthode de contrôle Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : Passive robotic devices may exhibit a spatially varying apparent inertia perceptible to a human user. The apparent inertia is the projection of the inertia matrix onto the instantaneous direction of motion. The spatial variation is due to the configuration dependence of the inertia matrix and relevant to many passive mechanisms, including programmable constraint machines or "cobots," which use low-power steering actuators to choose the direction of motion. We develop two techniques for controlling the apparent inertia in cobots to emulate the desired inertial properties of a virtual object or mechanism. The first is a path-limiting method, which constraints the cobot to steer along certain paths where the apparent inertia and desired inertia are equivalent. The second uses a low-power actuator to control the apparent inertia by driving the device along its direction of motion. We illustrate these ideas for a two-link cobot we have built for experiments in human motor control and rehabilitation. For the actuated control method, we show that the power actuator can be relatively low power compared to the actuators of a traditional robot performing similar tasks.
Les dispositifs robotiques passifs peuvent montrer une inertie apparente dans l'espace variable perceptible à un utilisateur humain. L'inertie apparente est la projection de la matrice d'inertie sur la direction instantanée du mouvement. La variation spatiale est due à la dépendance de configuration de la matrice d'inertie et appropriée à beaucoup de mécanismes passifs, y compris les machines de contrainte ou les "cobots programmables," qui utilisent les vérins d'orientation de basse puissance pour choisir la direction du mouvement. Nous développons deux techniques pour commander l'inertie apparente dans les cobots pour émuler les propriétés à inertie désirées d'un objet ou d'un mécanisme virtuel. Le premier est une méthode chemin-limiteuse, qui des contraintes le cobot à orienter le long de certains chemins où l'inertie apparente et l'inertie désirée sont équivalentes. La seconde utilise un déclencheur de basse puissance pour commander l'inertie apparente en conduisant le dispositif le long de sa direction de mouvement. Nous illustrons ces idées pour un cobot de deux-lien que nous avons établi pour des expériences dans la commande et la réadaptation humaines de moteur. Pour la méthode de contrôle actionnée, nous prouvons que le vérin peut être puissance relativement basse comparée aux déclencheurs d'une exécution traditionnelle de robot semblable charge.En ligne : greycloak@northwestern.edu,peshkin@northwestern.edu, kmlynch@northwerstern.edu, [...] [article] Controlling the Apparent Inertia of Passive Human-Interactive Robots = Contrôle de l'Inertie Apparente des Robots Interactifs Humains Passifs [texte imprimé] / Worsnopp, Tom, Auteur ; Colgate, Edward J. ; Lynch, Kevin ; Peshkin, Michael, Auteur . - 44-52 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 44-52 p.
Mots-clés : Dispositif robotique passif Inertie Variation spatiale Contrainte Méthode de contrôle Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : Passive robotic devices may exhibit a spatially varying apparent inertia perceptible to a human user. The apparent inertia is the projection of the inertia matrix onto the instantaneous direction of motion. The spatial variation is due to the configuration dependence of the inertia matrix and relevant to many passive mechanisms, including programmable constraint machines or "cobots," which use low-power steering actuators to choose the direction of motion. We develop two techniques for controlling the apparent inertia in cobots to emulate the desired inertial properties of a virtual object or mechanism. The first is a path-limiting method, which constraints the cobot to steer along certain paths where the apparent inertia and desired inertia are equivalent. The second uses a low-power actuator to control the apparent inertia by driving the device along its direction of motion. We illustrate these ideas for a two-link cobot we have built for experiments in human motor control and rehabilitation. For the actuated control method, we show that the power actuator can be relatively low power compared to the actuators of a traditional robot performing similar tasks.
Les dispositifs robotiques passifs peuvent montrer une inertie apparente dans l'espace variable perceptible à un utilisateur humain. L'inertie apparente est la projection de la matrice d'inertie sur la direction instantanée du mouvement. La variation spatiale est due à la dépendance de configuration de la matrice d'inertie et appropriée à beaucoup de mécanismes passifs, y compris les machines de contrainte ou les "cobots programmables," qui utilisent les vérins d'orientation de basse puissance pour choisir la direction du mouvement. Nous développons deux techniques pour commander l'inertie apparente dans les cobots pour émuler les propriétés à inertie désirées d'un objet ou d'un mécanisme virtuel. Le premier est une méthode chemin-limiteuse, qui des contraintes le cobot à orienter le long de certains chemins où l'inertie apparente et l'inertie désirée sont équivalentes. La seconde utilise un déclencheur de basse puissance pour commander l'inertie apparente en conduisant le dispositif le long de sa direction de mouvement. Nous illustrons ces idées pour un cobot de deux-lien que nous avons établi pour des expériences dans la commande et la réadaptation humaines de moteur. Pour la méthode de contrôle actionnée, nous prouvons que le vérin peut être puissance relativement basse comparée aux déclencheurs d'une exécution traditionnelle de robot semblable charge.En ligne : greycloak@northwestern.edu,peshkin@northwestern.edu, kmlynch@northwerstern.edu, [...]
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 53-64 p.
Titre : Stable Forbidden-Region Virtual Fixtures for Bilateral Telemanipulation Titre original : Montages Virtuels Interdits Stables de Région pour Télémanipulation Bilatéral Type de document : texte imprimé Auteurs : Abbott, Jake J., Auteur ; Okamura, Alison M., Auteur Article en page(s) : 53-64 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Collaboration homme-machine Télémanipulation Montage virtuel Contrainte Manipulateur slave Vibration instable Rétroaction haptique Stabilité des montage virtuels Instabilité Stabilité virtuelle latérale slave Rigidité virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : There has been recent interest in novel human-machine collaborative control laws, called "virtual fixtures," which provide operator assistance for telemanipulation tasks. A forbidden-region virtual fixture is a constraint, implemented in software, that seeks to prevent the slave manipulator of a master/slave telemanipulation system from entering into a forbidden region of the workspace. In this paper, we consider the problem of unstable vibrations of the slave and/or master against forbidden-region virtual fixtures for a general class of telemanipulator control architectures, including those with haptic feedback. To the best of the authors' knowledge, there has been no rigorous study of the stability of forbidden-region virtual fixtures in previous work. The system is evaluated around the master and slave equilibrium position resulting from a constant desired human input force, using a discrete state-space model. We present a method to analytically determine if instability is possible in the system. We thoroughly evaluate this method, experimentally, applying malicious user strategies that attempt to drive the system unstable. Our approach agrees with experimental results and can be used to design and analyze the stability and transient properties of a telemanipulator interacting with virtual fixtures. We show that the user can affect both slave- and master-side virtual fixture stability by modifying his or her impedance characteristics. However, the upper bound on stable slave-side virtual fixture stiffness does not depend on the particular user.
Il y a eu intérêt récent pour des lois de collaboration homme-machine de commande de roman, appelées "les montages virtuels," qui fournissent l'opérateur que l'aide pour le telemanipulation charge. Un montage virtuel interdit de région est une contrainte, mise en application dans le logiciel, qui cherche à empêcher le manipulateur slave d'un système slave principal de telemanipulation d'entrer dans une région interdite de la zone de travail. En cet article, nous considérons le problème des vibrations instables du slave et ou de maître contre les montages virtuels interdits de région pour une classe générale des architectures de commande de télémanipulateur, y compris ceux avec la rétroaction haptique. Au meilleur de la connaissance des auteurs, il n'y a eu aucune étude rigoureuse de la stabilité des montages virtuels interdits de région dans les travaux précédents. Le système est évalué autour du maître et de la position slave d'équilibre résultant d'une force humaine désirée constante d'entrée, en utilisant un modèle discret de l'espace d'état. Nous présentons une méthode pour déterminer analytiquement si l'instabilité est possible dans le système. Nous évaluons complètement cette méthode, expérimentalement, appliquant les stratégies malveillantes d'utilisateur qui essayent de conduire le système instable. Notre approche est conforme aux résultats expérimentaux et peut être employée pour concevoir et analyser la stabilité et les propriétés passagères d'un télémanipulateur agissant l'un sur l'autre avec les montages virtuels. Nous prouvons que l'utilisateur peut affecter la stabilité virtuelle latérale slave et principale de montage en modifiant ses caractéristiques d'impédance. Cependant, la limite supérieure sur la rigidité virtuelle latérale slave stable de montage ne dépend pas de l'utilisateur particulier.En ligne : jabbott@rthz.ch, aokamura@jhu.edu [article] Stable Forbidden-Region Virtual Fixtures for Bilateral Telemanipulation = Montages Virtuels Interdits Stables de Région pour Télémanipulation Bilatéral [texte imprimé] / Abbott, Jake J., Auteur ; Okamura, Alison M., Auteur . - 53-64 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 53-64 p.
Mots-clés : Collaboration homme-machine Télémanipulation Montage virtuel Contrainte Manipulateur slave Vibration instable Rétroaction haptique Stabilité des montage virtuels Instabilité Stabilité virtuelle latérale slave Rigidité virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : There has been recent interest in novel human-machine collaborative control laws, called "virtual fixtures," which provide operator assistance for telemanipulation tasks. A forbidden-region virtual fixture is a constraint, implemented in software, that seeks to prevent the slave manipulator of a master/slave telemanipulation system from entering into a forbidden region of the workspace. In this paper, we consider the problem of unstable vibrations of the slave and/or master against forbidden-region virtual fixtures for a general class of telemanipulator control architectures, including those with haptic feedback. To the best of the authors' knowledge, there has been no rigorous study of the stability of forbidden-region virtual fixtures in previous work. The system is evaluated around the master and slave equilibrium position resulting from a constant desired human input force, using a discrete state-space model. We present a method to analytically determine if instability is possible in the system. We thoroughly evaluate this method, experimentally, applying malicious user strategies that attempt to drive the system unstable. Our approach agrees with experimental results and can be used to design and analyze the stability and transient properties of a telemanipulator interacting with virtual fixtures. We show that the user can affect both slave- and master-side virtual fixture stability by modifying his or her impedance characteristics. However, the upper bound on stable slave-side virtual fixture stiffness does not depend on the particular user.
Il y a eu intérêt récent pour des lois de collaboration homme-machine de commande de roman, appelées "les montages virtuels," qui fournissent l'opérateur que l'aide pour le telemanipulation charge. Un montage virtuel interdit de région est une contrainte, mise en application dans le logiciel, qui cherche à empêcher le manipulateur slave d'un système slave principal de telemanipulation d'entrer dans une région interdite de la zone de travail. En cet article, nous considérons le problème des vibrations instables du slave et ou de maître contre les montages virtuels interdits de région pour une classe générale des architectures de commande de télémanipulateur, y compris ceux avec la rétroaction haptique. Au meilleur de la connaissance des auteurs, il n'y a eu aucune étude rigoureuse de la stabilité des montages virtuels interdits de région dans les travaux précédents. Le système est évalué autour du maître et de la position slave d'équilibre résultant d'une force humaine désirée constante d'entrée, en utilisant un modèle discret de l'espace d'état. Nous présentons une méthode pour déterminer analytiquement si l'instabilité est possible dans le système. Nous évaluons complètement cette méthode, expérimentalement, appliquant les stratégies malveillantes d'utilisateur qui essayent de conduire le système instable. Notre approche est conforme aux résultats expérimentaux et peut être employée pour concevoir et analyser la stabilité et les propriétés passagères d'un télémanipulateur agissant l'un sur l'autre avec les montages virtuels. Nous prouvons que l'utilisateur peut affecter la stabilité virtuelle latérale slave et principale de montage en modifiant ses caractéristiques d'impédance. Cependant, la limite supérieure sur la rigidité virtuelle latérale slave stable de montage ne dépend pas de l'utilisateur particulier.En ligne : jabbott@rthz.ch, aokamura@jhu.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 65-74 p.
Titre : Haptic Manipulation of Serial-Chain Virtual Mechanisms Titre original : Manipulation Haptique des Mécanismes Virtuels à Chaînes Périodiques Type de document : texte imprimé Auteurs : Constantinescu, Daniela, Auteur ; Salcudean, Septimiu E., Auteur ; Croft, Elizabeth A. Article en page(s) : 65-74 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Rétroaction réaliste Méchanisme virtuel Périphérique haptique Contrôleur Chaine périodique Joint virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents an approach for providing realistic force feedback to users manipulating serial-chain virtual mechanisms. In the proposed approach, a haptic device controller is designed that penalizes users' motion along the directions resisted by the virtual joints. The resisted directions span the nullspace the Jacobian of the virtual mechanism computed at the users' hand, and are derived via a singular value decomposition-based algorithm. Haptic numerical performance is achieved by computing the resisted directions on the graphics processor, and by using them on the haptics processor to derive the control signal that restricts users' motion as required by the virtual joints. The performance of the proposed approach is validated through experimental manipulations of links with unrestricted and with restricted motion within a planar virtual world.
Cet article présente une approche pour fournir la rétroaction réaliste de force aux utilisateurs manoeuvrant les mécanismes virtuels à chaînes périodiques. Dans l'approche proposée, on conçoit un contrôleur de périphérique haptique qui pénalise le mouvement des utilisateurs le long des directions résistées par les joints virtuels. Les directions résistées enjambent le nullspace que le Jacobian du mécanisme virtuel a calculé à la main des utilisateurs, et sont dérivées par l'intermédiaire d'un algorithme basé par décomposition singulière de valeur. L'exécution numérique haptique est réalisée en calculant les directions résistées sur le processeur de graphiques, et en les employant sur le processeur de haptics pour dériver le signal de commande qui limite le mouvement des utilisateurs comme exigé par les joints virtuels. L'exécution de l'approche proposée est validée par des manipulations expérimentales des liens avec le mouvement sans restriction et avec restreint dans un monde virtuel planaire.En ligne : danielac@me.uvic.ca [article] Haptic Manipulation of Serial-Chain Virtual Mechanisms = Manipulation Haptique des Mécanismes Virtuels à Chaînes Périodiques [texte imprimé] / Constantinescu, Daniela, Auteur ; Salcudean, Septimiu E., Auteur ; Croft, Elizabeth A. . - 65-74 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 65-74 p.
Mots-clés : Rétroaction réaliste Méchanisme virtuel Périphérique haptique Contrôleur Chaine périodique Joint virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents an approach for providing realistic force feedback to users manipulating serial-chain virtual mechanisms. In the proposed approach, a haptic device controller is designed that penalizes users' motion along the directions resisted by the virtual joints. The resisted directions span the nullspace the Jacobian of the virtual mechanism computed at the users' hand, and are derived via a singular value decomposition-based algorithm. Haptic numerical performance is achieved by computing the resisted directions on the graphics processor, and by using them on the haptics processor to derive the control signal that restricts users' motion as required by the virtual joints. The performance of the proposed approach is validated through experimental manipulations of links with unrestricted and with restricted motion within a planar virtual world.
Cet article présente une approche pour fournir la rétroaction réaliste de force aux utilisateurs manoeuvrant les mécanismes virtuels à chaînes périodiques. Dans l'approche proposée, on conçoit un contrôleur de périphérique haptique qui pénalise le mouvement des utilisateurs le long des directions résistées par les joints virtuels. Les directions résistées enjambent le nullspace que le Jacobian du mécanisme virtuel a calculé à la main des utilisateurs, et sont dérivées par l'intermédiaire d'un algorithme basé par décomposition singulière de valeur. L'exécution numérique haptique est réalisée en calculant les directions résistées sur le processeur de graphiques, et en les employant sur le processeur de haptics pour dériver le signal de commande qui limite le mouvement des utilisateurs comme exigé par les joints virtuels. L'exécution de l'approche proposée est validée par des manipulations expérimentales des liens avec le mouvement sans restriction et avec restreint dans un monde virtuel planaire.En ligne : danielac@me.uvic.ca
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 75-85 p.
Titre : Shared Control in Haptic Systems for Performance Enhancement and Training Titre original : Commande Partagée dans les Systèmes Haptiques pour le Perfectionnement et la Formation d'Exécution Type de document : texte imprimé Auteurs : O'Malley, Marcia K., Auteur ; Gupta, Abhishek, Auteur ; Gen, Matthew ; Yanfang, LI Article en page(s) : 75-85 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Système d'interface haptique Télérobotique Contrôleur automatique Système virtuel Montage virtuel Dynamique de masse Système amortisseur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents a shared-control interaction paradigm for haptic interface systems, with experimental data from two user studies. Shared control, evolved from its initial telerobotics applications, is adapted as a form of haptic assistance in that the haptic device contributes to execution of a dynamic manual target-hitting task via force commands from an automatic controller. Compared to haptic virtual environments, which merely display the physics of the virtual system, or to passive methods of haptic assistance for performance enhancement based on virtual fixtures, the shared-control approach offers a method for actively demonstrating desired motions during virtual environment interactions. The paper presents a thorough review of the literature related to haptic assistance. In addition, two experiments were conducted to independently verify the efficacy of the shared-control approach for performance enhancement and improved training effectiveness of the task. In the first experiment, shared control is found to be as effective as virtual fixtures for performance enhancement, with both methods resulting in significantly better performance in terms of time between target hits for the manual target-hitting task than sessions where subjects feel only the forces arising from the mass-spring-damper system dynamics. Since shared control is more general than virtual fixtures, this approach may be extremely beneficial for performance enhancement in virtual environments. In terms of training enhancement, shared control and virtual fixtures were no better than practice in an unassisted mode. For manual control tasks, such as the one described in this paper, shared control is beneficial for performance enhancement, but may not be viable for enhancing training effectiveness.
Cet article présente un paradigme partagé d'interaction de commande pour les systèmes d'interface haptiques, avec des données expérimentales de deux études d'utilisateur. La commande partagée, évoluée de ses applications initiales de telerobotics, est adaptée comme forme d'aide haptique parce que le dispositif haptique contribue à l'exécution de frapper manuel dynamique de cible chargent par l'intermédiaire des commandes de force d'un contrôleur automatique. Comparé aux environnements virtuels haptiques, qui montrent simplement la physique du système virtuel, ou aux méthodes passives d'aide haptique pour l'exécution le perfectionnement a basé sur les montages virtuels, les offres partagées d'approche de commande une méthode pour démontrer activement des mouvements désirés pendant des interactions virtuelles d'environnement. Le papier présente un examen complet de la littérature liée à l'aide haptique. En outre, deux expériences ont été entreprises pour vérifier indépendamment l'efficacité de l'approche partagée de commande pour le perfectionnement d'exécution et ont amélioré l'efficacité de formation du charger. Dans la première expérience, la commande partagée s'avère aussi efficace que les montages virtuels pour le perfectionnement d'exécution, avec les deux méthodes ayant pour résultat une exécution sensiblement meilleure en termes de temps entre les coups de cible pour frapper manuel de cible chargent que des sessions où les sujets sentent seulement les forces résulter de la dynamique de masse de système d'amortisseur de ressort. Puisque la commande partagée est plus générale que les montages virtuels, cette approche peut être extrêmement salutaire pour le perfectionnement d'exécution dans les environnements virtuels. En termes de perfectionnement de formation, la commande partagée et les montages virtuels n'étaient pas meilleurs que la pratique en mode sans aide. Pour la commande manuelle charge, comme celle décrite en cet article, la commande partagée est salutaire pour le perfectionnement d'exécution, mais peut ne pas être viable pour augmenter l'efficacité de formation.En ligne : omalleym@rice.edu, abhi@rice.edu, mgen@rice.edu, yvonneli@rice.edu [article] Shared Control in Haptic Systems for Performance Enhancement and Training = Commande Partagée dans les Systèmes Haptiques pour le Perfectionnement et la Formation d'Exécution [texte imprimé] / O'Malley, Marcia K., Auteur ; Gupta, Abhishek, Auteur ; Gen, Matthew ; Yanfang, LI . - 75-85 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 75-85 p.
Mots-clés : Système d'interface haptique Télérobotique Contrôleur automatique Système virtuel Montage virtuel Dynamique de masse Système amortisseur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents a shared-control interaction paradigm for haptic interface systems, with experimental data from two user studies. Shared control, evolved from its initial telerobotics applications, is adapted as a form of haptic assistance in that the haptic device contributes to execution of a dynamic manual target-hitting task via force commands from an automatic controller. Compared to haptic virtual environments, which merely display the physics of the virtual system, or to passive methods of haptic assistance for performance enhancement based on virtual fixtures, the shared-control approach offers a method for actively demonstrating desired motions during virtual environment interactions. The paper presents a thorough review of the literature related to haptic assistance. In addition, two experiments were conducted to independently verify the efficacy of the shared-control approach for performance enhancement and improved training effectiveness of the task. In the first experiment, shared control is found to be as effective as virtual fixtures for performance enhancement, with both methods resulting in significantly better performance in terms of time between target hits for the manual target-hitting task than sessions where subjects feel only the forces arising from the mass-spring-damper system dynamics. Since shared control is more general than virtual fixtures, this approach may be extremely beneficial for performance enhancement in virtual environments. In terms of training enhancement, shared control and virtual fixtures were no better than practice in an unassisted mode. For manual control tasks, such as the one described in this paper, shared control is beneficial for performance enhancement, but may not be viable for enhancing training effectiveness.
Cet article présente un paradigme partagé d'interaction de commande pour les systèmes d'interface haptiques, avec des données expérimentales de deux études d'utilisateur. La commande partagée, évoluée de ses applications initiales de telerobotics, est adaptée comme forme d'aide haptique parce que le dispositif haptique contribue à l'exécution de frapper manuel dynamique de cible chargent par l'intermédiaire des commandes de force d'un contrôleur automatique. Comparé aux environnements virtuels haptiques, qui montrent simplement la physique du système virtuel, ou aux méthodes passives d'aide haptique pour l'exécution le perfectionnement a basé sur les montages virtuels, les offres partagées d'approche de commande une méthode pour démontrer activement des mouvements désirés pendant des interactions virtuelles d'environnement. Le papier présente un examen complet de la littérature liée à l'aide haptique. En outre, deux expériences ont été entreprises pour vérifier indépendamment l'efficacité de l'approche partagée de commande pour le perfectionnement d'exécution et ont amélioré l'efficacité de formation du charger. Dans la première expérience, la commande partagée s'avère aussi efficace que les montages virtuels pour le perfectionnement d'exécution, avec les deux méthodes ayant pour résultat une exécution sensiblement meilleure en termes de temps entre les coups de cible pour frapper manuel de cible chargent que des sessions où les sujets sentent seulement les forces résulter de la dynamique de masse de système d'amortisseur de ressort. Puisque la commande partagée est plus générale que les montages virtuels, cette approche peut être extrêmement salutaire pour le perfectionnement d'exécution dans les environnements virtuels. En termes de perfectionnement de formation, la commande partagée et les montages virtuels n'étaient pas meilleurs que la pratique en mode sans aide. Pour la commande manuelle charge, comme celle décrite en cet article, la commande partagée est salutaire pour le perfectionnement d'exécution, mais peut ne pas être viable pour augmenter l'efficacité de formation.En ligne : omalleym@rice.edu, abhi@rice.edu, mgen@rice.edu, yvonneli@rice.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 86-93 p.
Titre : Internet-Based Bilateral Teleoperation Based on Wave Variable With Adaptive Predictor and Direct Drift Control Titre original : Téléoperation Bilatéral Internet Basé sur la Variable de Vague avec le Prédiseur Adaptatif et la Commande Directe de Dérive Type de document : texte imprimé Auteurs : Ching, Ho., Auteur ; Book, Wayne J., Auteur Article en page(s) : 86-93 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Téléopération bilatérale conventionelle Transmision Internet Instabilité Modèle slave Commande de dérive Prédiseur adaptif Environnement rigide Moindre carré Index. décimale : 629.8 Résumé : In a conventional bilateral teleoperation, transmission delay over the Internet can potentially cause instability. A wave variable algorithm guarantees teleoperation stability under varying transmission delay at the cost of poor transient performance. Adding a predictor on the master side can reduce this undesirable side effect, but that would require a slave model. An inaccurate slave model used in the predictor as well as variations in transmission delay, both of which are likely under realistic situations, can result in steady-state errors. A direct drift control algorithm is used to drive this error to zero, regardless of the source of the error. A semi-adaptive predictor that can distinguish between free space and a rigid contact environment is used to provide a more accurate force feedback on the master side. A full adaptive predictor is also used that estimates the environmental force using recursive least squares with a forgetting factor. This research presents the experimental results and evaluations of the previously mentioned wave-variable-based methods under a realistic operation environment using a real master and slave. The algorithm proposed is innovative in that it takes advantage of the strengths of several control methods to build a promising bilateral teleoperation setup that can function under varying transmission delay, modeling error, and changing environment. Success could lead to practical applications in various fields, such as space-based remote control, and telesurgery.
Dans un téléopération bilatérale conventionnelle, la transmission retardent au-dessus de l'Internet peut potentiellement causer l'instabilité. Une stabilité variable de teleoperation de garanties d'algorithme de vague sous la transmission variable retardent au coût de l'exécution passagère faible. Ajouter un prédiseur du côté principal peut réduire cet effet secondaire indésirable, mais cela exigerait un modèle slave. Un modèle slave imprécis utilisé dans le prédiseur comme des variations de la transmission retardent, dont toutes les deux sont probables sous des situations réalistes, peut avoir comme conséquence des erreurs d'état d'équilibre. Un algorithme direct de commande de dérive est employé pour conduire cette erreur à zéro, indépendamment de la source d'erreur. Un prédiseur adaptatif de semi-finale qui peut distinguer l'espace libre et un environnement rigide de contact est habitué pour fournir une rétroaction plus précise de force du côté principal. On emploie également un plein prédiseur adaptatif qui estime la force environnementale en utilisant des moindres carrés récursif avec un facteur oubliant. Ces recherche présente les résultats et les évaluations expérimentaux des méthodes basées variables précédemment mentionnées de vague sous un environnement réaliste d'opération en utilisant un vrai maître et slave. L'algorithme proposé est innovateur parce qu'il tire profit des forces de plusieurs méthodes de contrôle pour construire un teleoperation bilatéral prometteur installé qui peut fonctionner sous la transmission variable retardent, modelant l'erreur, et changeant l'environnement. Le succès a pu mener aux applications pratiques dans divers champs, tels que la télécommande basée parespace, et au telesurgery.[article] Internet-Based Bilateral Teleoperation Based on Wave Variable With Adaptive Predictor and Direct Drift Control = Téléoperation Bilatéral Internet Basé sur la Variable de Vague avec le Prédiseur Adaptatif et la Commande Directe de Dérive [texte imprimé] / Ching, Ho., Auteur ; Book, Wayne J., Auteur . - 86-93 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 86-93 p.
Mots-clés : Téléopération bilatérale conventionelle Transmision Internet Instabilité Modèle slave Commande de dérive Prédiseur adaptif Environnement rigide Moindre carré Index. décimale : 629.8 Résumé : In a conventional bilateral teleoperation, transmission delay over the Internet can potentially cause instability. A wave variable algorithm guarantees teleoperation stability under varying transmission delay at the cost of poor transient performance. Adding a predictor on the master side can reduce this undesirable side effect, but that would require a slave model. An inaccurate slave model used in the predictor as well as variations in transmission delay, both of which are likely under realistic situations, can result in steady-state errors. A direct drift control algorithm is used to drive this error to zero, regardless of the source of the error. A semi-adaptive predictor that can distinguish between free space and a rigid contact environment is used to provide a more accurate force feedback on the master side. A full adaptive predictor is also used that estimates the environmental force using recursive least squares with a forgetting factor. This research presents the experimental results and evaluations of the previously mentioned wave-variable-based methods under a realistic operation environment using a real master and slave. The algorithm proposed is innovative in that it takes advantage of the strengths of several control methods to build a promising bilateral teleoperation setup that can function under varying transmission delay, modeling error, and changing environment. Success could lead to practical applications in various fields, such as space-based remote control, and telesurgery.
Dans un téléopération bilatérale conventionnelle, la transmission retardent au-dessus de l'Internet peut potentiellement causer l'instabilité. Une stabilité variable de teleoperation de garanties d'algorithme de vague sous la transmission variable retardent au coût de l'exécution passagère faible. Ajouter un prédiseur du côté principal peut réduire cet effet secondaire indésirable, mais cela exigerait un modèle slave. Un modèle slave imprécis utilisé dans le prédiseur comme des variations de la transmission retardent, dont toutes les deux sont probables sous des situations réalistes, peut avoir comme conséquence des erreurs d'état d'équilibre. Un algorithme direct de commande de dérive est employé pour conduire cette erreur à zéro, indépendamment de la source d'erreur. Un prédiseur adaptatif de semi-finale qui peut distinguer l'espace libre et un environnement rigide de contact est habitué pour fournir une rétroaction plus précise de force du côté principal. On emploie également un plein prédiseur adaptatif qui estime la force environnementale en utilisant des moindres carrés récursif avec un facteur oubliant. Ces recherche présente les résultats et les évaluations expérimentaux des méthodes basées variables précédemment mentionnées de vague sous un environnement réaliste d'opération en utilisant un vrai maître et slave. L'algorithme proposé est innovateur parce qu'il tire profit des forces de plusieurs méthodes de contrôle pour construire un teleoperation bilatéral prometteur installé qui peut fonctionner sous la transmission variable retardent, modelant l'erreur, et changeant l'environnement. Le succès a pu mener aux applications pratiques dans divers champs, tels que la télécommande basée parespace, et au telesurgery.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 94-103 p.
Titre : Model-Based Cancellation of Biodynamic Feedthrough Using a Force-Reflecting Joystick Type de document : texte imprimé Auteurs : Gillespi, Brent R., Auteur ; Szabolcs, Sövényi, Auteur Article en page(s) : 94-103 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Auget biodynamique Contrôleur Interface manuelle motorisée Contrôleur d'annulation Accéléromètre Modèle biodynamique Opérateur de véhcule Système couplé Index. décimale : 629.8 Résumé : Manual control performance on-board a moving vehicle is often impeded by biodynamic feedthrough—the effects of vehicle motion feeding through the operator's body to produce unintended forces on the control interface. In this paper, we propose and experimentally test a model-based controller that acts through a motorized manual interface to cancel the effects of biodynamic feedthrough. The cancellation controller is based on characterization data collected using an accelerometer on the vehicle and a force sensor embedded in the manual interface and a protocol under which the manual interface is temporarily immobilized while in the grip of the operator. The biodynamic model fit to the data is based in turn on a carefully constructed model of the coupled vehicle-operator system. The impact of biodynamic feedthrough and the ability of the model-based controller to cancel its effects were estimated through an experiment in which 12 human subjects used a joystick to carry out a pursuit tracking task on-board a single-axis motion platform. Cancellation controllers derived from biodynamic models fit individually to each subject significantly improved pursuit tracking performance, as evidenced by a 27% reduction in root-mean-square tracking error, a 32% improvement in time-on-target, and an increase in crossover frequency from 0.11 to 0.15 Hz.
L'exécution manuelle de commande à bord d'un véhicule mobile est souvent empêchée par l'auget de biodynamique les effets du mouvement de véhicule alimentant par le corps de l'opérateur aux forces fortuites de produit sur l'interface de commande. En cet article, nous proposons et examinons expérimentalement un contrôleur basé modèle qui agit par une interface manuelle motorisée de décommander les effets de l'auget de biodynamique. Le contrôleur d'annulation est basé sur des données de caractérisation rassemblées à l'aide d'un accéléromètre sur le véhicule et une sonde de force incorporés dans l'interface manuelle et un protocole sous lesquels l'interface manuelle est temporairement immobilisée tandis que dans la poignée de l'opérateur. L'ajustement de modèle de biodynamique aux données est basé alternativement sur un modèle soigneusement construit du système couplé d'opérateur de véhicule. L'impact de l'auget de biodynamique et la capacité du contrôleur basé modèle de décommander ses effets ont été estimés par une expérience dans laquelle 12 sujets humains ont utilisé un manche pour effectuer un cheminement de poursuite chargent à bord d'une plateforme simple de mouvement d'axe. Les contrôleurs d'annulation ont dérivé des modèles de biodynamique adaptés individuellement à chaque exécution de cheminement sensiblement améliorée de poursuite de sujet, comme démontré par une réduction de 27% d'erreur de cheminement de place moyenne de racine, une amélioration de 32% à temps sur la cible, et une augmentation de la fréquence de croisement de 0.11 à 0.15 hertz.En ligne : breng@umich.edu, ssovenyi@umich.edu [article] Model-Based Cancellation of Biodynamic Feedthrough Using a Force-Reflecting Joystick [texte imprimé] / Gillespi, Brent R., Auteur ; Szabolcs, Sövényi, Auteur . - 94-103 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 94-103 p.
Mots-clés : Auget biodynamique Contrôleur Interface manuelle motorisée Contrôleur d'annulation Accéléromètre Modèle biodynamique Opérateur de véhcule Système couplé Index. décimale : 629.8 Résumé : Manual control performance on-board a moving vehicle is often impeded by biodynamic feedthrough—the effects of vehicle motion feeding through the operator's body to produce unintended forces on the control interface. In this paper, we propose and experimentally test a model-based controller that acts through a motorized manual interface to cancel the effects of biodynamic feedthrough. The cancellation controller is based on characterization data collected using an accelerometer on the vehicle and a force sensor embedded in the manual interface and a protocol under which the manual interface is temporarily immobilized while in the grip of the operator. The biodynamic model fit to the data is based in turn on a carefully constructed model of the coupled vehicle-operator system. The impact of biodynamic feedthrough and the ability of the model-based controller to cancel its effects were estimated through an experiment in which 12 human subjects used a joystick to carry out a pursuit tracking task on-board a single-axis motion platform. Cancellation controllers derived from biodynamic models fit individually to each subject significantly improved pursuit tracking performance, as evidenced by a 27% reduction in root-mean-square tracking error, a 32% improvement in time-on-target, and an increase in crossover frequency from 0.11 to 0.15 Hz.
L'exécution manuelle de commande à bord d'un véhicule mobile est souvent empêchée par l'auget de biodynamique les effets du mouvement de véhicule alimentant par le corps de l'opérateur aux forces fortuites de produit sur l'interface de commande. En cet article, nous proposons et examinons expérimentalement un contrôleur basé modèle qui agit par une interface manuelle motorisée de décommander les effets de l'auget de biodynamique. Le contrôleur d'annulation est basé sur des données de caractérisation rassemblées à l'aide d'un accéléromètre sur le véhicule et une sonde de force incorporés dans l'interface manuelle et un protocole sous lesquels l'interface manuelle est temporairement immobilisée tandis que dans la poignée de l'opérateur. L'ajustement de modèle de biodynamique aux données est basé alternativement sur un modèle soigneusement construit du système couplé d'opérateur de véhicule. L'impact de l'auget de biodynamique et la capacité du contrôleur basé modèle de décommander ses effets ont été estimés par une expérience dans laquelle 12 sujets humains ont utilisé un manche pour effectuer un cheminement de poursuite chargent à bord d'une plateforme simple de mouvement d'axe. Les contrôleurs d'annulation ont dérivé des modèles de biodynamique adaptés individuellement à chaque exécution de cheminement sensiblement améliorée de poursuite de sujet, comme démontré par une réduction de 27% d'erreur de cheminement de place moyenne de racine, une amélioration de 32% à temps sur la cible, et une augmentation de la fréquence de croisement de 0.11 à 0.15 hertz.En ligne : breng@umich.edu, ssovenyi@umich.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 104-111 p.
Titre : Band-Limited Trajectory Planning and Tracking for Certain Dynamically Stabilized Mobile Systems Titre original : Planification Limitée par Bande de Trajectoire et Cheminement pour Certains Systèmes Mobiles Dynamiquement Stabilisés Type de document : texte imprimé Auteurs : Pathak, Kaustubh, Auteur ; Agrawal, Sunil K., Auteur Article en page(s) : 104-111 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Trajectoire Planification Cheminement Système mobile dynamiquement stabilisé Hélicoptère autonome Pseudocontrôle Contrôleur LInéarisation Rétroaction Simulation Modèle non-linéaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, a general framework for trajectory planning and tracking is formulated for dynamically stabilized mobile systems, e.g., inverted wheeled pendulums and autonomous helicopters. Within this framework, the system state is divided into slow and fast substates. The fast substate is used as a pseudocontrol for tracking a desired slow substate trajectory. First, an exponential fast substate controller is designed to track a fast substate reference trajectory. This fast substate reference trajectory is, in turn, planned so that the slow substate follows its desired trajectory. To ensure that the fast substate reference trajectory is feasible for the exponential controller, it is designed using band-limited "Sinc" functions whose maximum frequency is less than the inverse of the time constant of the exponential controller. To illustrate the procedure, the dynamic model of an inverted wheeled pendulum is reformulated by a partial feedback linearization such that it is amenable to the separation into slow and fast components. The planning and tracking controller design is explained using simulation results. This technique is shown to be easily embedded inside a modified nonlinear model predictive control framework for the slow subsystem. This framework tries to explicitly take the computational delay into account. The computation time required for this technique is encouraging from a real-world implementation perspective.
En cet article, un cadre général pour la planification et le cheminement de trajectoire est formulé pour les systèmes mobiles dynamiquement stabilisés, par exemple, pendules roulés inversés et hélicoptères autonomes. Dans ce cadre, l'état de système est divisé en sous-états lents et rapides. Le sous-état rapide est employé comme pseudocontrol pour dépister une trajectoire lente désirée de sous-état. D'abord, un contrôleur rapide exponentiel de sous-état est conçu pour dépister une trajectoire rapide de référence de sous-état. Cette trajectoire rapide de référence de sous-état est alternativement projetée de sorte que le sous-état lent suive sa trajectoire désirée. Pour s'assurer que la trajectoire rapide de référence de sous-état est faisable pour le contrôleur exponentiel, elle est conçue en utilisant les fonctions d'"Sinc limitées par bande" dont la fréquence maximum est moins que l'inverse de la constante de temps du contrôleur exponentiel. Pour illustrer le procédé, le modèle dynamique d'un pendule roulé inversé est reformulé par une linéarisation partielle de rétroaction tels qu'il est favorable à la séparation dans les composants lents et rapides. La planification et le cheminement de la conception de contrôleur est expliquée en utilisant des résultats de simulation. Cette technique s'avère intérieur facilement inclus par cadre prédictif modèle non-linéaire modifié de commande pour le sous-ensemble lent. Ce cadre essaye de prendre explicitement l'informatique retardent en considération. Le temps de calcul requis pour cette technique encourage d'une vraie perspective d'exécution du monde.En ligne : pathakk1@asme.org, agrawal@me.udel.edu [article] Band-Limited Trajectory Planning and Tracking for Certain Dynamically Stabilized Mobile Systems = Planification Limitée par Bande de Trajectoire et Cheminement pour Certains Systèmes Mobiles Dynamiquement Stabilisés [texte imprimé] / Pathak, Kaustubh, Auteur ; Agrawal, Sunil K., Auteur . - 104-111 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 104-111 p.
Mots-clés : Trajectoire Planification Cheminement Système mobile dynamiquement stabilisé Hélicoptère autonome Pseudocontrôle Contrôleur LInéarisation Rétroaction Simulation Modèle non-linéaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, a general framework for trajectory planning and tracking is formulated for dynamically stabilized mobile systems, e.g., inverted wheeled pendulums and autonomous helicopters. Within this framework, the system state is divided into slow and fast substates. The fast substate is used as a pseudocontrol for tracking a desired slow substate trajectory. First, an exponential fast substate controller is designed to track a fast substate reference trajectory. This fast substate reference trajectory is, in turn, planned so that the slow substate follows its desired trajectory. To ensure that the fast substate reference trajectory is feasible for the exponential controller, it is designed using band-limited "Sinc" functions whose maximum frequency is less than the inverse of the time constant of the exponential controller. To illustrate the procedure, the dynamic model of an inverted wheeled pendulum is reformulated by a partial feedback linearization such that it is amenable to the separation into slow and fast components. The planning and tracking controller design is explained using simulation results. This technique is shown to be easily embedded inside a modified nonlinear model predictive control framework for the slow subsystem. This framework tries to explicitly take the computational delay into account. The computation time required for this technique is encouraging from a real-world implementation perspective.
En cet article, un cadre général pour la planification et le cheminement de trajectoire est formulé pour les systèmes mobiles dynamiquement stabilisés, par exemple, pendules roulés inversés et hélicoptères autonomes. Dans ce cadre, l'état de système est divisé en sous-états lents et rapides. Le sous-état rapide est employé comme pseudocontrol pour dépister une trajectoire lente désirée de sous-état. D'abord, un contrôleur rapide exponentiel de sous-état est conçu pour dépister une trajectoire rapide de référence de sous-état. Cette trajectoire rapide de référence de sous-état est alternativement projetée de sorte que le sous-état lent suive sa trajectoire désirée. Pour s'assurer que la trajectoire rapide de référence de sous-état est faisable pour le contrôleur exponentiel, elle est conçue en utilisant les fonctions d'"Sinc limitées par bande" dont la fréquence maximum est moins que l'inverse de la constante de temps du contrôleur exponentiel. Pour illustrer le procédé, le modèle dynamique d'un pendule roulé inversé est reformulé par une linéarisation partielle de rétroaction tels qu'il est favorable à la séparation dans les composants lents et rapides. La planification et le cheminement de la conception de contrôleur est expliquée en utilisant des résultats de simulation. Cette technique s'avère intérieur facilement inclus par cadre prédictif modèle non-linéaire modifié de commande pour le sous-ensemble lent. Ce cadre essaye de prendre explicitement l'informatique retardent en considération. Le temps de calcul requis pour cette technique encourage d'une vraie perspective d'exécution du monde.En ligne : pathakk1@asme.org, agrawal@me.udel.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 112-121 p.
Titre : Kinetostatic Design Considerations for an Articulated Leg-Wheel Locomotion Subsystem Titre original : Considérations de Conception de Kinetostatic pour un Sous-Ensemble Articulé de Locomotion de Roue de Jambe Type de document : texte imprimé Auteurs : Seung Kook, Jun, Auteur ; White, Glenn D., Auteur ; Krovi, Venkat N. Article en page(s) : 112-121 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Locomotion de terrain Roue de jambe Flexibilté Degré de liberté Variente planaire Index. décimale : 629.8 Résumé : Our long-term goal is one of designing land-based vehicles to provide enhanced uneven-terrain locomotion capabilities. In this paper, we examine and evaluate candidate articulated leg-wheel subsystem designs for use in such vehicle systems. The leg-wheel subsystem designs under consideration consist of disk wheels attached to the chassis through an articulated linkage containing multiple lower-pair joints. Our emphasis is on creating a design that permits the greatest motion flexibility between the chassis and wheel while maintaining the smallest degree-of-freedom (DOF) within the articulated chain. We focus our attention on achieving two goals: (i) obtaining adequate ground clearance by designing the desired/feasible motions of the wheel axle, relative to the chassis, using methods from kinematic synthesis; and (ii) reducing overall actuation requirements by a judicious mix of structural equilibration design and spring assist. This process is examined in detail in the context of two candidate single-degree-of-freedom designs for the articulated-leg-wheel subsystems—a coupled-serial-chain configuration and a four-bar configuration. We considered the design synthesis of planar variants of the two candidate designs surmounting a representative obstacle profile while supporting a set of end-effector loads and highlight the key benefits in the presented results.
Notre but à long terme est un de concevoir les véhicules basés par terre pour fournir des possibilités inégales augmentées de locomotion de terrain. En cet article, nous examinons et évaluons le candidat des conceptions articulées de sous-ensemble de roue de jambe pour l'usage dans de tels systèmes de véhicule. Les conceptions de sous-ensemble de roue de jambe à l'étude se composent des roues à disque attachées au châssis par une tringlerie articulée contenant les joints inférieurs multiples de paire. Notre emphase est sur créer une conception qui permet la plus grande flexibilité de mouvement entre le châssis et la roue tout en maintenant le plus petit degré de liberté (DOF) dans la chaîne articulée. Nous concentrons notre attention sur réaliser deux buts : (i) obtenant à dégagement au sol proportionné en concevant les mouvements faisables désirés de l'axe de roue, relativement au châssis, en utilisant des méthodes de la synthèse cinématique ; et (ii) réduisant des conditions globales de mise en action par un mélange judicieux d'aide structurale de conception et de ressort d'équilibration. Ce processus est examiné en détail dans le contexte du seul degré de deux candidats de conceptions de liberté pour les sous-ensembles articulés de roue de jambe une configuration à chaînes périodique couplée et une configuration de quatre barres. Nous avons considéré la synthèse de conception des variantes planaires des deux conceptions de candidat surmontant un profil représentatif d'obstacle tandis que le support d'un ensemble de terminal charge et accentuons les avantages principaux dans les résultats présentés.[article] Kinetostatic Design Considerations for an Articulated Leg-Wheel Locomotion Subsystem = Considérations de Conception de Kinetostatic pour un Sous-Ensemble Articulé de Locomotion de Roue de Jambe [texte imprimé] / Seung Kook, Jun, Auteur ; White, Glenn D., Auteur ; Krovi, Venkat N. . - 112-121 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 112-121 p.
Mots-clés : Locomotion de terrain Roue de jambe Flexibilté Degré de liberté Variente planaire Index. décimale : 629.8 Résumé : Our long-term goal is one of designing land-based vehicles to provide enhanced uneven-terrain locomotion capabilities. In this paper, we examine and evaluate candidate articulated leg-wheel subsystem designs for use in such vehicle systems. The leg-wheel subsystem designs under consideration consist of disk wheels attached to the chassis through an articulated linkage containing multiple lower-pair joints. Our emphasis is on creating a design that permits the greatest motion flexibility between the chassis and wheel while maintaining the smallest degree-of-freedom (DOF) within the articulated chain. We focus our attention on achieving two goals: (i) obtaining adequate ground clearance by designing the desired/feasible motions of the wheel axle, relative to the chassis, using methods from kinematic synthesis; and (ii) reducing overall actuation requirements by a judicious mix of structural equilibration design and spring assist. This process is examined in detail in the context of two candidate single-degree-of-freedom designs for the articulated-leg-wheel subsystems—a coupled-serial-chain configuration and a four-bar configuration. We considered the design synthesis of planar variants of the two candidate designs surmounting a representative obstacle profile while supporting a set of end-effector loads and highlight the key benefits in the presented results.
Notre but à long terme est un de concevoir les véhicules basés par terre pour fournir des possibilités inégales augmentées de locomotion de terrain. En cet article, nous examinons et évaluons le candidat des conceptions articulées de sous-ensemble de roue de jambe pour l'usage dans de tels systèmes de véhicule. Les conceptions de sous-ensemble de roue de jambe à l'étude se composent des roues à disque attachées au châssis par une tringlerie articulée contenant les joints inférieurs multiples de paire. Notre emphase est sur créer une conception qui permet la plus grande flexibilité de mouvement entre le châssis et la roue tout en maintenant le plus petit degré de liberté (DOF) dans la chaîne articulée. Nous concentrons notre attention sur réaliser deux buts : (i) obtenant à dégagement au sol proportionné en concevant les mouvements faisables désirés de l'axe de roue, relativement au châssis, en utilisant des méthodes de la synthèse cinématique ; et (ii) réduisant des conditions globales de mise en action par un mélange judicieux d'aide structurale de conception et de ressort d'équilibration. Ce processus est examiné en détail dans le contexte du seul degré de deux candidats de conceptions de liberté pour les sous-ensembles articulés de roue de jambe une configuration à chaînes périodique couplée et une configuration de quatre barres. Nous avons considéré la synthèse de conception des variantes planaires des deux conceptions de candidat surmontant un profil représentatif d'obstacle tandis que le support d'un ensemble de terminal charge et accentuons les avantages principaux dans les résultats présentés.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 122-133 p.
Titre : Dynamics, Design and Simulation of a Novel Microrobotic Platform Employing Vibration Microactuators Titre original : Dynamique, Conception et Simulation d'une Plateforme de Microrobotic de Roman Utilisant la Vibration Microactuators Type de document : texte imprimé Auteurs : Vartholomeos, Panagiotis, Auteur ; Papadopoulos, Evangelos, Auteur Article en page(s) : 122-133 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Platforme microrobotique Analyse Conception Simulation Translation Glisement Rtation Micromoteur de vibration Modèle dynamique Approvisionnement en énergie Batterie unicéllulaire Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents the analysis, design, and simulation of a novel microrobotic platform that is able to perform translational and rotational sliding with submicrometer positioning accuracy and develop velocities up to 1.5 mm/s. The platform actuation system is novel and based on centripetal forces generated by vibration micromotors. The motion principle is discussed in detail, and the dynamic model of the platform and of its actuation system is developed. Analytical expressions for the distinct modes of operation of the platform are derived and used to provide system design guidelines. Simulations are performed that verify the analytical results, demonstrate the platform capabilities, and examine its transient response. The microrobot design is simple, compact, and of low cost. In addition, the energy supply of the mechanism can be accomplished in an untethered mode using simple means, such as single-cell batteries.
Cet article présente l'analyse, la conception, et la simulation d'une plateforme microrobotic de roman qui peut effectuer le glissement de translation et de rotation avec le submicrometer plaçant l'exactitude et développer des vitesses jusqu'à 1.5 mm/s. Le système de mise en action de plateforme est roman et basé sur les forces centripètes produites par des micromotors de vibration. Le principe de mouvement est discuté en détail, et le modèle dynamique de la plateforme et de son système de mise en action est développé. Des expressions analytiques pour le mode de fonctionnement distinct de la plateforme sont dérivées et employées pour fournir des directives de conception de système. On effectue des simulations qui vérifient les résultats analytiques, démontrent les possibilités de plateforme, et examinent sa réponse passagère. La conception de microrobot est simple, compacte, et du bas coût. En outre, l'approvisionnement en énergie en mécanisme peut être accompli dans untethered le mode en utilisant des moyens simples, tels que les batteries unicellulaires.[article] Dynamics, Design and Simulation of a Novel Microrobotic Platform Employing Vibration Microactuators = Dynamique, Conception et Simulation d'une Plateforme de Microrobotic de Roman Utilisant la Vibration Microactuators [texte imprimé] / Vartholomeos, Panagiotis, Auteur ; Papadopoulos, Evangelos, Auteur . - 122-133 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 122-133 p.
Mots-clés : Platforme microrobotique Analyse Conception Simulation Translation Glisement Rtation Micromoteur de vibration Modèle dynamique Approvisionnement en énergie Batterie unicéllulaire Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper presents the analysis, design, and simulation of a novel microrobotic platform that is able to perform translational and rotational sliding with submicrometer positioning accuracy and develop velocities up to 1.5 mm/s. The platform actuation system is novel and based on centripetal forces generated by vibration micromotors. The motion principle is discussed in detail, and the dynamic model of the platform and of its actuation system is developed. Analytical expressions for the distinct modes of operation of the platform are derived and used to provide system design guidelines. Simulations are performed that verify the analytical results, demonstrate the platform capabilities, and examine its transient response. The microrobot design is simple, compact, and of low cost. In addition, the energy supply of the mechanism can be accomplished in an untethered mode using simple means, such as single-cell batteries.
Cet article présente l'analyse, la conception, et la simulation d'une plateforme microrobotic de roman qui peut effectuer le glissement de translation et de rotation avec le submicrometer plaçant l'exactitude et développer des vitesses jusqu'à 1.5 mm/s. Le système de mise en action de plateforme est roman et basé sur les forces centripètes produites par des micromotors de vibration. Le principe de mouvement est discuté en détail, et le modèle dynamique de la plateforme et de son système de mise en action est développé. Des expressions analytiques pour le mode de fonctionnement distinct de la plateforme sont dérivées et employées pour fournir des directives de conception de système. On effectue des simulations qui vérifient les résultats analytiques, démontrent les possibilités de plateforme, et examinent sa réponse passagère. La conception de microrobot est simple, compacte, et du bas coût. En outre, l'approvisionnement en énergie en mécanisme peut être accompli dans untethered le mode en utilisant des moyens simples, tels que les batteries unicellulaires.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 134-141 p.
Titre : Equilibrium Point Control of a 2-DOF Manipulator Titre original : Commande de Point d'Equilibre d'un Manipulateur 2-DOF Type de document : texte imprimé Auteurs : Clapa, Damien J., Auteur ; Croft, Elizabeth A., Auteur ; Hadgson, Antony J. Article en page(s) : 134-141 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Conformité mécanique programmable Intéraction humaine Mouvement biomimétic Robot Déclancheur Rigidité Manipulateur Index. décimale : 629.8 Résumé : Programmable mechanical compliance in actuation is desirable for human interaction tasks and important for producing biomimetic motion, particularly for robots designed for use in domestic settings. In this paper, the equilibrium point (EP) hypothesis is proposed and implemented as a new strategy for controlling programmable compliance. The primary objective of this work is to design and demonstrate a simple robot control strategy that can potentially be used by assistive robots to learn and execute compliant interaction tasks from human demonstrations. A 2-DOF planar manipulator activated by McKibben actuators was constructed for the purpose of demonstrating the application of the EP hypothesis on an inexpensive robotic platform, such as might be used in domestic applications. The equilibrium angle and stiffness of each of the joints on the manipulator can be independently programmed. The results presented herein show stable and satisfactory tracking behavior during free motion, interaction, and transition tasks for a robot control system inspired by the EP hypothesis and implemented with a linear proportional-integral (PI) control strategy.
La conformité mécanique programmable dans la mise en action est souhaitable pour l'interaction humaine charge et important pour produire le mouvement biomimetic, en particulier pour des robots conçus pour l'usage dans les arrangements domestiques. En cet article, l'hypothèse du point d'équilibre (PE) est proposée et mise en application comme nouvelle stratégie pour commander la conformité programmable. Le premier objectif de ce travail est de concevoir et démontrer une stratégie simple de commande de robot qui peut potentiellement être employée par les robots assistive pour apprendre et exécuter l'interaction conforme charge des démonstrations humaines. Un manipulateur 2-DOF planaire activé par McKibben que des déclencheurs ont été construits afin de démontrer l'application de l'hypothèse de PE sur une plateforme robotique peu coûteuse, telle que pourrait être utilisé dans des applications domestiques. L'angle d'équilibre et la rigidité de chacun des joints sur le manipulateur peuvent être indépendamment programmés. Les résultats ont présenté ci-dessus l'exposition stable et le comportement de cheminement satisfaisant pendant le mouvement, l'interaction, et la transition libres charge pour un système de commande de robot inspiré par l'hypothèse de PE et mis en application avec une stratégie intégrale proportionnelle linéaire de la commande (pi).En ligne : ecroft@mech.ubc.ca, ahodgson@mech.ubc.ca [article] Equilibrium Point Control of a 2-DOF Manipulator = Commande de Point d'Equilibre d'un Manipulateur 2-DOF [texte imprimé] / Clapa, Damien J., Auteur ; Croft, Elizabeth A., Auteur ; Hadgson, Antony J. . - 134-141 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 134-141 p.
Mots-clés : Conformité mécanique programmable Intéraction humaine Mouvement biomimétic Robot Déclancheur Rigidité Manipulateur Index. décimale : 629.8 Résumé : Programmable mechanical compliance in actuation is desirable for human interaction tasks and important for producing biomimetic motion, particularly for robots designed for use in domestic settings. In this paper, the equilibrium point (EP) hypothesis is proposed and implemented as a new strategy for controlling programmable compliance. The primary objective of this work is to design and demonstrate a simple robot control strategy that can potentially be used by assistive robots to learn and execute compliant interaction tasks from human demonstrations. A 2-DOF planar manipulator activated by McKibben actuators was constructed for the purpose of demonstrating the application of the EP hypothesis on an inexpensive robotic platform, such as might be used in domestic applications. The equilibrium angle and stiffness of each of the joints on the manipulator can be independently programmed. The results presented herein show stable and satisfactory tracking behavior during free motion, interaction, and transition tasks for a robot control system inspired by the EP hypothesis and implemented with a linear proportional-integral (PI) control strategy.
La conformité mécanique programmable dans la mise en action est souhaitable pour l'interaction humaine charge et important pour produire le mouvement biomimetic, en particulier pour des robots conçus pour l'usage dans les arrangements domestiques. En cet article, l'hypothèse du point d'équilibre (PE) est proposée et mise en application comme nouvelle stratégie pour commander la conformité programmable. Le premier objectif de ce travail est de concevoir et démontrer une stratégie simple de commande de robot qui peut potentiellement être employée par les robots assistive pour apprendre et exécuter l'interaction conforme charge des démonstrations humaines. Un manipulateur 2-DOF planaire activé par McKibben que des déclencheurs ont été construits afin de démontrer l'application de l'hypothèse de PE sur une plateforme robotique peu coûteuse, telle que pourrait être utilisé dans des applications domestiques. L'angle d'équilibre et la rigidité de chacun des joints sur le manipulateur peuvent être indépendamment programmés. Les résultats ont présenté ci-dessus l'exposition stable et le comportement de cheminement satisfaisant pendant le mouvement, l'interaction, et la transition libres charge pour un système de commande de robot inspiré par l'hypothèse de PE et mis en application avec une stratégie intégrale proportionnelle linéaire de la commande (pi).En ligne : ecroft@mech.ubc.ca, ahodgson@mech.ubc.ca
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 142-151 p.
Titre : Control of Closed Kinematic Chains Using a Singularly Perturbed Dynamics Model Titre original : Commande des Chaînes Cinématiques Fermées en Utilisant un Modèle Singulièrement Perturbé de Dynamique Type de document : texte imprimé Auteurs : Wang, Zhiyong, Auteur ; Ghorbel, Fathi H., Auteur Article en page(s) : 142-151 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Chaine cinématique fermée Modèle de convention singulière Equation algébrique différentielle et non-linéaire Lyapunov Système de boucle bloquée Cheminement asymptotique Simulation Robot planaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, we propose a novel approach to the control of closed kinematic chains (CKCs). This method is based on a recently developed singularly perturbed model for CKCs. Conventionally, the dynamics of CKCs are described by differential-algebraic equations (DAEs). Our approach transfers the control of the original DAE system to the control of an artificially created singularly perturbed system in which the slow dynamics corresponds to the original DAE when the perturbation parameter tends to zero. Compared to control schemes that rely on solving nonlinear algebraic constraint equations, the proposed method uses an ordinary differential equation (ODE) solver to obtain the dependent coordinates, hence, eliminates the need for Newton-type iterations and is amenable to real-time implementation. The composite Lyapunov function method is used to show that the closed-loop system, when controlled by typical open kinematic chain schemes, achieves asymptotic trajectory tracking. Simulations and experimental results on a parallel robot, the Rice planar Delta robot, are also presented to illustrate the efficacy of our method.
En cet article, nous proposons une approche de roman à la commande des chaînes cinématiques fermées (CKCs). Cette méthode est basée sur un modèle par convention singulièrement perturbé récemment développé pour CKCs., la dynamique de CKCs sont décrites par des équations algébriques différentielles (DAEs). Notre approche transfère la commande du système original de DAE à la commande d'un système singulièrement perturbé artificiellement créé dans lequel la dynamique lente correspond au DAE original quand le paramètre de perturbation tend à zéro. Comparé aux arrangements de commande qui se fondent sur résoudre des équations algébriques non-linéaires de contrainte, la méthode proposée emploie un solutionneur ordinaire d'équation (ODE) pour obtenir les coordonnées dépendantes, par conséquent, élimine le besoin de type itérations de newton et est favorable à l'exécution en temps réel. La méthode composée de fonction de Lyapunov est employée pour prouver que le système de boucle bloquée, une fois commandé par des arrangements à chaînes cinématiques ouverts typiques, réalise le cheminement asymptotique de trajectoire. Des simulations et les résultats expérimentaux sur un robot parallèle, le robot planaire de delta de riz, sont également présentés pour illustrer l'efficacité de notre méthode.En ligne : ghorbel@rice.edu [article] Control of Closed Kinematic Chains Using a Singularly Perturbed Dynamics Model = Commande des Chaînes Cinématiques Fermées en Utilisant un Modèle Singulièrement Perturbé de Dynamique [texte imprimé] / Wang, Zhiyong, Auteur ; Ghorbel, Fathi H., Auteur . - 142-151 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 142-151 p.
Mots-clés : Chaine cinématique fermée Modèle de convention singulière Equation algébrique différentielle et non-linéaire Lyapunov Système de boucle bloquée Cheminement asymptotique Simulation Robot planaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, we propose a novel approach to the control of closed kinematic chains (CKCs). This method is based on a recently developed singularly perturbed model for CKCs. Conventionally, the dynamics of CKCs are described by differential-algebraic equations (DAEs). Our approach transfers the control of the original DAE system to the control of an artificially created singularly perturbed system in which the slow dynamics corresponds to the original DAE when the perturbation parameter tends to zero. Compared to control schemes that rely on solving nonlinear algebraic constraint equations, the proposed method uses an ordinary differential equation (ODE) solver to obtain the dependent coordinates, hence, eliminates the need for Newton-type iterations and is amenable to real-time implementation. The composite Lyapunov function method is used to show that the closed-loop system, when controlled by typical open kinematic chain schemes, achieves asymptotic trajectory tracking. Simulations and experimental results on a parallel robot, the Rice planar Delta robot, are also presented to illustrate the efficacy of our method.
En cet article, nous proposons une approche de roman à la commande des chaînes cinématiques fermées (CKCs). Cette méthode est basée sur un modèle par convention singulièrement perturbé récemment développé pour CKCs., la dynamique de CKCs sont décrites par des équations algébriques différentielles (DAEs). Notre approche transfère la commande du système original de DAE à la commande d'un système singulièrement perturbé artificiellement créé dans lequel la dynamique lente correspond au DAE original quand le paramètre de perturbation tend à zéro. Comparé aux arrangements de commande qui se fondent sur résoudre des équations algébriques non-linéaires de contrainte, la méthode proposée emploie un solutionneur ordinaire d'équation (ODE) pour obtenir les coordonnées dépendantes, par conséquent, élimine le besoin de type itérations de newton et est favorable à l'exécution en temps réel. La méthode composée de fonction de Lyapunov est employée pour prouver que le système de boucle bloquée, une fois commandé par des arrangements à chaînes cinématiques ouverts typiques, réalise le cheminement asymptotique de trajectoire. Des simulations et les résultats expérimentaux sur un robot parallèle, le robot planaire de delta de riz, sont également présentés pour illustrer l'efficacité de notre méthode.En ligne : ghorbel@rice.edu
in Transactions 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 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 . - 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
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 159-164 p.
Titre : A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator Titre original : Contrôleur Unifié de Force pour un Vérin de Monopropellant d'Injection Directe Proportionnelle d'Injecteur Type de document : texte imprimé Auteurs : Fite, Kevin B., Auteur ; Mitchell, Jason J., Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael Article en page(s) : 159-164 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Verin monopropellant Robot humain autonome Contrôleur de mode Commande non-linéaire Forme canonique Contrainte Mode coulissant Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the modeling and control of a proportional-injector direct-injection monopropellant-powered actuator for use in power-autonomous human-scale mobile robots. The development and use of proportional (as opposed to solenoid) injection valves enables a continuous and unified input/output description of the device, and therefore enables the development and implementation of a sliding-mode-type controller for the force control of the proposed actuator, which provides the stability guarantees characteristic of a sliding-mode control approach. Specifically, a three-input, single-output model of the actuation system behavior is developed, which takes a nonlinear non-control-canonical form. In order to implement a nonlinear controller, a constraint structure is developed that effectively renders the system single input, single output, and control canonical, and, thus, of appropriate form for the implementation of a sliding-mode controller. A sliding-mode controller is then developed and experimentally implemented on the proposed actuator. Experimental results demonstrate closed-loop force tracking with a saturation-limited bandwidth of approximately 6 Hz.
Cet article décrit modeler et la commande d'un vérin monopropellant d'injection directe proportionnelle d'injecteur pour l'usage dans des robots humains autonomes de mobile de balance de puissance. Le développement et l'utilisation (par opposition au solénoïde) des valves proportionnelles d'injection permet une description continue et unifiée de rendement d'entrée du dispositif, et permet donc le développement et l'exécution d'un type coulissant contrôleur de mode pour la commande de force du déclencheur proposé, qui fournit les garanties de stabilité caractéristiques d'une approche coulissante de commande de mode. Spécifiquement, des trois entrés, modèle simple de rendement du comportement de système de mise en action est développés, qui prend non à une commande non-linéaire la forme canonique. Afin de mettre en application un contrôleur non-linéaire, on développe une structure de contrainte qui rend efficacement l'entrée simple de système, rendement simple, et commande canonique, et, ainsi, de la forme appropriée pour l'exécution d'un contrôleur de mode coulissant. Un contrôleur de mode coulissant est alors développé et expérimentalement mis en application sur le déclencheur proposé. Les résultats expérimentaux démontrent la force de boucle bloquée dépistant avec une largeur de bande limitée par saturation d'approximativement 6 hertz.[article] A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator = Contrôleur Unifié de Force pour un Vérin de Monopropellant d'Injection Directe Proportionnelle d'Injecteur [texte imprimé] / Fite, Kevin B., Auteur ; Mitchell, Jason J., Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael . - 159-164 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 159-164 p.
Mots-clés : Verin monopropellant Robot humain autonome Contrôleur de mode Commande non-linéaire Forme canonique Contrainte Mode coulissant Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the modeling and control of a proportional-injector direct-injection monopropellant-powered actuator for use in power-autonomous human-scale mobile robots. The development and use of proportional (as opposed to solenoid) injection valves enables a continuous and unified input/output description of the device, and therefore enables the development and implementation of a sliding-mode-type controller for the force control of the proposed actuator, which provides the stability guarantees characteristic of a sliding-mode control approach. Specifically, a three-input, single-output model of the actuation system behavior is developed, which takes a nonlinear non-control-canonical form. In order to implement a nonlinear controller, a constraint structure is developed that effectively renders the system single input, single output, and control canonical, and, thus, of appropriate form for the implementation of a sliding-mode controller. A sliding-mode controller is then developed and experimentally implemented on the proposed actuator. Experimental results demonstrate closed-loop force tracking with a saturation-limited bandwidth of approximately 6 Hz.
Cet article décrit modeler et la commande d'un vérin monopropellant d'injection directe proportionnelle d'injecteur pour l'usage dans des robots humains autonomes de mobile de balance de puissance. Le développement et l'utilisation (par opposition au solénoïde) des valves proportionnelles d'injection permet une description continue et unifiée de rendement d'entrée du dispositif, et permet donc le développement et l'exécution d'un type coulissant contrôleur de mode pour la commande de force du déclencheur proposé, qui fournit les garanties de stabilité caractéristiques d'une approche coulissante de commande de mode. Spécifiquement, des trois entrés, modèle simple de rendement du comportement de système de mise en action est développés, qui prend non à une commande non-linéaire la forme canonique. Afin de mettre en application un contrôleur non-linéaire, on développe une structure de contrainte qui rend efficacement l'entrée simple de système, rendement simple, et commande canonique, et, ainsi, de la forme appropriée pour l'exécution d'un contrôleur de mode coulissant. Un contrôleur de mode coulissant est alors développé et expérimentalement mis en application sur le déclencheur proposé. Les résultats expérimentaux démontrent la force de boucle bloquée dépistant avec une largeur de bande limitée par saturation d'approximativement 6 hertz.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 165-170 p.
Titre : Visual and Tactile-Based Terrain Analysis Using a Cylindrical Mobile Robot Titre original : Analyse Basée Visuelle et Tactile de Terrain à l'Aide d'un Robot Mobile Cylindrique Type de document : texte imprimé Auteurs : Reina, Giulio, Auteur ; Foglia, Mario M., Auteur ; Milella, Annalisa ; Gentile, Angelo Article en page(s) : 165-170 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Robot mobile autonome Exploration planétaire Méthode de commande Planification Robot mobile cylindrique Index. décimale : 629.8 Résumé : Ground autonomous mobile robots have important applications, such as reconnaissance, patrol, planetary exploration, and military applications. In order to accomplish tasks on rough terrain, control and planning methods must consider the physical characteristics of the vehicle and of its environment. Failure to understand these characteristics could lead to vehicle endangement and consequent mission failure. This paper describes recent and current work at the Politecnico of Bari in collaboration with the University of Lecce in the area of deformable terrain mobility and sensing. A cylindrical mobile robot is presented and its rolling motion on terrain is studied from a theoretical and experimental prospect. A comprehensive model is developed taking into account the interaction of the vehicle with the terrain and the related dynamic ill effects, such as rolling resistance and slip, and it is experimentally validated. An unconventional application of the vehicle serving as a tactile sensor is discussed and experimental results are presented showing the effectiveness of the cylindrical mobile robot in estimating the properties of homogeneous, deformable terrain, which in turn can be used to assess the vehicle traversability
Les robots mobiles autonomes moulus ont des applications importantes, telles que la reconnaissance, la patrouille, l'exploration planétaire, et les applications militaires. Afin d'accomplir charge sur le terrain rugueux, les méthodes de commande et de planification doivent considérer les caractéristiques physiques du véhicule et de son environnement. Le manque de comprendre ces caractéristiques a pu mener à l'endangement de véhicule et à l'échec conséquent de mission. Cet article décrit le travail récent et courant chez le Politecnico de Bari en collaboration avec l'université de Lecce dans le secteur de la mobilité et de la sensation deformable de terrain. Un robot mobile cylindrique est présenté et son mouvement de roulement sur le terrain est étudié d'une perspective théorique et expérimentale. Un modèle complet est développé tenant compte de l'interaction du véhicule avec le terrain et les mauvais effets dynamiques relatifs, tels que la résistance de roulement et la glissade, et il est expérimentalement validé. Une application peu usuelle de la portion de véhicule comme sonde tactile est discutée et des résultats expérimentaux sont présentés montrant l'efficacité du robot mobile cylindrique en estimant les propriétés du terrain homogène et deformable, qui alternativement peuvent être employées pour évaluer le traversability de véhiculeEn ligne : giulio.reina@unile.it [article] Visual and Tactile-Based Terrain Analysis Using a Cylindrical Mobile Robot = Analyse Basée Visuelle et Tactile de Terrain à l'Aide d'un Robot Mobile Cylindrique [texte imprimé] / Reina, Giulio, Auteur ; Foglia, Mario M., Auteur ; Milella, Annalisa ; Gentile, Angelo . - 165-170 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 165-170 p.
Mots-clés : Robot mobile autonome Exploration planétaire Méthode de commande Planification Robot mobile cylindrique Index. décimale : 629.8 Résumé : Ground autonomous mobile robots have important applications, such as reconnaissance, patrol, planetary exploration, and military applications. In order to accomplish tasks on rough terrain, control and planning methods must consider the physical characteristics of the vehicle and of its environment. Failure to understand these characteristics could lead to vehicle endangement and consequent mission failure. This paper describes recent and current work at the Politecnico of Bari in collaboration with the University of Lecce in the area of deformable terrain mobility and sensing. A cylindrical mobile robot is presented and its rolling motion on terrain is studied from a theoretical and experimental prospect. A comprehensive model is developed taking into account the interaction of the vehicle with the terrain and the related dynamic ill effects, such as rolling resistance and slip, and it is experimentally validated. An unconventional application of the vehicle serving as a tactile sensor is discussed and experimental results are presented showing the effectiveness of the cylindrical mobile robot in estimating the properties of homogeneous, deformable terrain, which in turn can be used to assess the vehicle traversability
Les robots mobiles autonomes moulus ont des applications importantes, telles que la reconnaissance, la patrouille, l'exploration planétaire, et les applications militaires. Afin d'accomplir charge sur le terrain rugueux, les méthodes de commande et de planification doivent considérer les caractéristiques physiques du véhicule et de son environnement. Le manque de comprendre ces caractéristiques a pu mener à l'endangement de véhicule et à l'échec conséquent de mission. Cet article décrit le travail récent et courant chez le Politecnico de Bari en collaboration avec l'université de Lecce dans le secteur de la mobilité et de la sensation deformable de terrain. Un robot mobile cylindrique est présenté et son mouvement de roulement sur le terrain est étudié d'une perspective théorique et expérimentale. Un modèle complet est développé tenant compte de l'interaction du véhicule avec le terrain et les mauvais effets dynamiques relatifs, tels que la résistance de roulement et la glissade, et il est expérimentalement validé. Une application peu usuelle de la portion de véhicule comme sonde tactile est discutée et des résultats expérimentaux sont présentés montrant l'efficacité du robot mobile cylindrique en estimant les propriétés du terrain homogène et deformable, qui alternativement peuvent être employées pour évaluer le traversability de véhiculeEn ligne : giulio.reina@unile.it
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 171-175 p.
Titre : Control of Platoons of Nonholonomic Vehicles Using Redundant Manipulator Analogs Titre original : Commande des Pelotons des Véhicules de Nonholonomic en Utilisant des Analogues Superflus de Manipulateur Type de document : texte imprimé Auteurs : Bishop, Bradley E., Auteur Article en page(s) : 171-175 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Commande de peleton Véhicle nonholonomic Manipulateur Robot tricyclelike Commande différentielle Simulation Index. décimale : 629.8 Résumé : In this work, we consider the control of platoons of cooperating nonholonomic vehicles. Using techniques based on redundant manipulator control, the platoon is treated as a single entity with a set of platoon-level objectives. The class of tricyclelike robots, with limits on steering and speed, is chosen because it represents a vast class of real, nonholonomic vehicles beyond the basic differential drive. The method presented uses platoon redundancy to limit the impact of vehicle constraints on the platoon-level objectives. A simulation study is presented to show the efficacy of the method.
Dans ce travail, nous considérons la commande des pelotons des véhicules nonholonomic de coopération. En utilisant des techniques basées sur la commande superflue de manipulateur, le peloton est traité comme entité simple avec un ensemble d'objectifs de peloton-niveau. La classe des robots de tricyclelike, avec des limites sur la direction et la vitesse, est choisie parce qu'elle représente une vaste classe de vrais, nonholonomic véhicules au delà de la commande différentielle de base. La méthode a présenté la redondance de peloton d'utilisations pour limiter l'impact des contraintes de véhicule sur les objectifs de peloton-niveau. Une étude de simulation est présentée pour montrer l'efficacité de la méthode.En ligne : bishop@usna.edu [article] Control of Platoons of Nonholonomic Vehicles Using Redundant Manipulator Analogs = Commande des Pelotons des Véhicules de Nonholonomic en Utilisant des Analogues Superflus de Manipulateur [texte imprimé] / Bishop, Bradley E., Auteur . - 171-175 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 171-175 p.
Mots-clés : Commande de peleton Véhicle nonholonomic Manipulateur Robot tricyclelike Commande différentielle Simulation Index. décimale : 629.8 Résumé : In this work, we consider the control of platoons of cooperating nonholonomic vehicles. Using techniques based on redundant manipulator control, the platoon is treated as a single entity with a set of platoon-level objectives. The class of tricyclelike robots, with limits on steering and speed, is chosen because it represents a vast class of real, nonholonomic vehicles beyond the basic differential drive. The method presented uses platoon redundancy to limit the impact of vehicle constraints on the platoon-level objectives. A simulation study is presented to show the efficacy of the method.
Dans ce travail, nous considérons la commande des pelotons des véhicules nonholonomic de coopération. En utilisant des techniques basées sur la commande superflue de manipulateur, le peloton est traité comme entité simple avec un ensemble d'objectifs de peloton-niveau. La classe des robots de tricyclelike, avec des limites sur la direction et la vitesse, est choisie parce qu'elle représente une vaste classe de vrais, nonholonomic véhicules au delà de la commande différentielle de base. La méthode a présenté la redondance de peloton d'utilisations pour limiter l'impact des contraintes de véhicule sur les objectifs de peloton-niveau. Une étude de simulation est présentée pour montrer l'efficacité de la méthode.En ligne : bishop@usna.edu
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
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