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Journal of mechanical science and technology v.24 no.8, 2010년, pp.1743 - 1752   SCIE 피인용횟수: 2
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Robust tracking of robot manipulator with nonlinear friction using time delay control with gradient estimator

Han, Dong-Ki    (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology   ); Chang, Pyung-Hun    (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology  );
  • 초록

    We propose an enhanced controller to improve the robustness of Time Delay Control (TDC) for a robot manipulator in the presence of nonlinear friction, such as Coulomb friction. The problem of TDC is first analyzed with TDC as a trajectory control for a robot manipulator in the presence of nonlinear friction. Gradient estimation is used to solve this problem. The proposed controller is called TDC with Gradient Estimator (TDCGE). Comparing with a prior research to improve the robustness of TDC, named TDCSA, the TDCGE is much simpler to design. Through 1 DOF linear motor experiment, it is verified that the TDCGE is more robust against nonlinear friction than TDC and the TDCGE has a similar robustness to the TDCSA. In addition, it is confirmed that the TDCGE is easily implemented in the multi degree-of-freedom robot manipulator through a 3 DOF spatial robot manipulator experiment.


  • 주제어

    Robust tracking control .   Robot manipulator .   Time delay control .   Nonlinear friction .   Gradient estimation.  

  • 참고문헌 (15)

    1. K. Youcef-Toumi and O. Ito, A time delay controller design for systems with unknown dynanlics. ASME J. Dyn. Syst. Meas. Control, 112 (1990) 133-142. 
    2. K. Youcef-Tomni and S. T. Wu, Input/output linearization using time delay control. ASME J. Dyn. Syst., Meas. Control. 114 (1992) 10-19. 
    3. T. C. Hsia, A new technique for robust control of servo systems. IEEE Trans. lnd. Electron., 36 (1989) 1-7. 
    4. T. C. Hsia and L. S. Gao, Robot manipulator control using decentralized time-invariant time-delayed controller. In: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, (1990) 2070-2075. 
    5. T. C. Hsia, T. A. Lasky and Z. Guo, Robust independent joint controller design for industrial robot manipulators. lEEE Trans. Industrial Electronics, 38 (1991) 21-25. 
    6. P. H. Chang, D. S. Kim and K. C. Park, Robust force/ position control of a robot manipulator using time-delay control. Control Engineering Practice, 3 (1995) 1255-1264. 
    7. S. Jung, T. C. Hsia and R. G. Bonitz, Force tracking impedance control of robot manipulators under unknown environment. IEEE Trans. On Control Systems Technology, 12(2004) 474-483. 
    8. J. Y. Park and P. H. Chang, Vibration control of a telescopic handler using time delay control and commandless input shaping technique. Control Engineering Practice, 12 (2004) 769-780. 
    9. M. Jin and P. H. Chang, Simple robust technique using time delay estimation for the control and synchronization of Lorenz systems (2008), Chaos, Solions and Fractals, Article in Press. 
    10. P. H. Chang and S. H. Park, On improving time-delay control under certain hard nonlinearities. Mechatronics, 13 (2003) 393-412. 
    11. B. Armstrong, Friction: experimental determination, modeling and compensation. In: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, 3 (1988) 1422-1427. 
    12. Tore Hagglund, A friction compensator for pneumatic control valves. J. Process Control, 12 (2002) 897-904. 
    13. P. H. Chang and S. J. Lee, A straight-line motion tracking control of hydraulic excavator system. Mechatronics, 12 (2002) 119-138. 
    14. J. H. Park and Y. M. Kim, Time-delay sliding mode control for a servo. Trans. of ASME, J. Dyn. Sys. Meas. Contr., 121 (1999) 143-148. 
    15. B. K. Kim, Task scheduling with feedback latency for realtime control systems. In: Proceedings of lnternational Conference on Real-time Computing System and Application, (1998) 37-41. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. 2011. "" Journal of mechanical science and technology, 25(6): 1595~1602     
    2. 2012. "" Journal of mechanical science and technology, 26(12): 4141~4148     

 저자의 다른 논문

  • 장평훈 (15)

    1. 1993 "시간지연 제어기법을 이용한 DC서보모터 강인제어 및 관측기/제어기 안정화에 관한 연구" 大韓機械學會論文集 17 (5): 1029~1040    
    2. 1996 "구속된 환경에서의 여유자유도 로봇의 기구학적 제어와 원자력 발전소 노즐댐 장 /탈착작업에의 적용" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 20 (12): 3871~3882    
    3. 1999 "A Robust Observer Design for Nonlinear MIMO Plants using Time-Delayed Signals" Transactions on control, automation and systems engineering 1 (1): 22~31    
    4. 2000 "다중 입출력 시스템을 위한 음의 입력다듬기 기법의 개발" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 6 (12): 1045~1052    
    5. 2000 "An Enhanced Time Delay Observer for Nonlinear Systems" Transactions on control, automation and systems engineering 2 (3): 149~156    
    6. 2001 "시간지연제어기법과 무지령 입력다듬기기법을 이용한 텔레스코픽 핸들러의 진동 제어" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 25 (7): 1097~1106    
    7. 2001 "입력정합조건을 만족하지 않는 시스템에 대한 강인 제어" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 7 (2): 95~101    
    8. 2002 "적분형 슬라이딩 서피스를 이용한 TDCSA(Time Delay Control With Switching Action)의 와인드업 방지를 위한 기법의 개발" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 26 (8): 1534~1544    
    9. 2002 "일반적인 플랜트에 대한 시간지연을 이용한 제어기법의 안정성 해석" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 26 (6): 1035~1046    
    10. 2003 "2채널 제어 구조를 사용한 양방향 원격조종 시스템의 투명도 구현" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 27 (11): 1967~1978    

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