Torque Control with Joints Position and Velocity Limits Avoidance

要約

ロボット システムのジョイント制限の実現とともに、目的のモーションを提供するための制御アーキテクチャの設計は、制御とロボット工学における未解決の課題です。
この論文では、関節の位置と速度の制限を確保しながら、所望の時変軌道を追跡するための完全に作動するマニピュレータのトルク制御アーキテクチャを提示します。
提示されたアーキテクチャは、外因性状態による実行可能なジョイントの位置と速度空間のパラメーター化に由来します。
提案されたパラメータ化は、関節の位置と速度を外生的な状態に置き換えることによって、拘束された状態の制御問題を拘束されていないものに変換します。
リアプノフに基づく議論の助けを借りて、提案された制御アーキテクチャが、ジョイントの位置と速度制限の回避とともに、望ましいジョイント軌道の安定性と収束を保証することを証明します。
単純な 2 自由度マニピュレーターとヒューマノイド ロボット iCub でのさまざまなシミュレーションを通じて、提案されたアーキテクチャのパフォーマンスを検証します。

要約(オリジナル)

The design of a control architecture for providing the desired motion along with the realization of the joint limitation of a robotic system is still an open challenge in control and robotics. This paper presents a torque control architecture for fully actuated manipulators for tracking the desired time-varying trajectory while ensuring the joints position and velocity limits. The presented architecture stems from the parametrization of the feasible joints position and velocity space by exogenous states. The proposed parametrization transforms the control problem with constrained states to an un-constrained one by replacing the joints position and velocity with the exogenous states. With the help of Lyapunov-based arguments, we prove that the proposed control architecture ensures the stability and convergence of the desired joint trajectory along with the joints position and velocity limits avoidance. We validate the performance of proposed architecture through various simulations on a simple two-degree-of-freedom manipulator and the humanoid robot iCub.

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