Impedance Control on Redundant Manipulators With Zero-Potential-Energy Motions: Theory and Experimental Validation

控制理论(社会学) 冗余(工程) 阻抗控制 机器人 摄动(天文学) 电阻抗 笛卡尔坐标系 运动控制 数学 经典力学 计算机科学 物理 人工智能 控制(管理) 几何学 量子力学 操作系统
作者
Carlos Saldarriaga,Imin Kao
出处
期刊:Journal of Mechanisms and Robotics [ASM International]
卷期号:15 (5)
标识
DOI:10.1115/1.4055966
摘要

Abstract This article presents an experimental study with theory to identify quantitatively the zero-potential-energy (ZP) motion in Cartesian impedance control of redundant manipulators, based on a new analytical methodology. This ZP mode of motion, analogous to the rigid-body mode in classic mechanical systems, is a result of the redundancy of the robot. When subject to an external perturbation under impedance control, a redundant robot will assume a new equilibrium configuration determined by the ZP motion, governed by the least-energy principle. Consequently, this creates a steady-state deviation from its initial configuration after a perturbation and reaches a new equilibrium. We determine such ZP motion(s) by utilizing a closed-form solution based on vibration theory. Experiments were conducted on a 7-degrees-of-freedom (DoF) redundant Panda robot to determine the new equilibrium after a perturbation. The experimental results are compared with the theoretical prediction of the ZP motions to validate the theoretical results of the zero-potential-energy motions due to stiffness in impedance control. Furthermore, we demonstrated that the ZP motion due to redundancy can be eliminated by removing the redundancy through experimental validation by employing the null-space control, as expected.
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