Redundancy Resolution and Disturbance Rejection via Torque Optimization in Hybrid Cable-Driven Robots

冗余(工程) 扭矩 控制理论(社会学) 计算机科学 机器人 控制工程 非线性系统 工程类 人工智能 物理 控制(管理) 量子力学 热力学 操作系统
作者
Ronghuai Qi,Amir Khajepour,William Melek
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:52 (7): 4069-4079 被引量:10
标识
DOI:10.1109/tsmc.2021.3091653
摘要

This article presents redundancy resolution and disturbance rejection via torque optimization in hybrid cable-driven robots (HCDRs). To begin with, we present a redundant HCDR for nonlinear whole-body system modeling and model reduction. Based on the reduced dynamic model, two new methods are proposed to solve the redundancy resolution problem: 1) joint-space torque optimization for actuated joints (TOAJ) and 2) joint-space torque optimization for actuated and unactuated joints (TOAUJ), and they can be extended to other HCDRs. Compared to the existing approaches, this article provides the first solution (TOAUJ-based method) for HCDRs that can solve the redundancy resolution problem as well as disturbance rejection. Additionally, this article develops detailed algorithms targeting TOAJ and TOAUJ implementation. A simple yet effective controller is designed for analysis and validation. Case studies are conducted to evaluate the performance of TOAJ and TOAUJ. The results show the effectiveness of the aforementioned approaches.

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