Disturbance Estimation for High-Degree-of-Freedom Euler-Lagrangian Systems Using Sliding Mode Observer without Matching Conditions

要約

この論文では、未知の入出力 (UIO) スライディング モード オブザーバー (SMO) を使用して、自由度の高い Euler-Lagrangian システムの新しいオブザーバー ベースの外乱推定法を提案します。
以前の SMO 法とは異なり、このアプローチは外乱の一致条件を想定していません。
さらに、従来の外乱推定法と比較して、提案された方法は、逆慣性行列の計算とシステム速度の正確な測定を必要としません。
この利点により、安全なヒューマン ロボット コラボレーションにおける自由度の高いマニピュレータの外部トルク推定などの実用的な問題に対する重い計算負荷と増幅されたノイズの問題が解決されます。
これは、オイラー ラグランジュ システムの新しい線形化モデルを定義し、スライディング モード ベースの外乱オブザーバーを設計することによって達成されます。
オブザーバの推定精度は、リアプノフに基づく安定証明とスライディング モードの等価制御理論によって保証されます。
この論文の最後に、この方法を 7 自由度のロボット マニピュレータに実装し、実験結果により、その適切な性能と実際に適用できる可能性が確認されました。

要約(オリジナル)

This paper proposes a novel observer-based disturbance estimation method for high degree-of-freedom Euler-Lagrangian systems using an unknown input-output (UIO) sliding mode observer (SMO). Different from the previous SMO methods, this approach does not assume the matching condition of the disturbances. Besides, compared to the conventional disturbance estimation methods, the proposed method does not require the calculation of the inverse inertia matrices and accurate measurement of system velocities. This advantage resolves the concerns of heavy computational load and amplified noise for practical problems like external torque estimation of high degree-of-freedom manipulators in safe human-robot collaboration. We achieve this by defining a novel linearized model for the Euler-Lagrangian system and designing a sliding-mode-based disturbance observer. The estimation precision of the observer is ensured by the Lyapunov-based stability proof and the equivalent control theory of sliding mode. At the end of this paper, the method is implemented on a seven-degree-of-freedom robot manipulator, and the experimental results confirm its decent performance and potential to be applied in practice.

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