In commercial robotic systems, it is common to encounter a closed inner-loop torque controller that is not user-modifiable. However, the outer-loop controller, which sends kinematic commands such as position or velocity for the inner-loop controller to track, is typically exposed to users. In this work, we focus on the development of an easily integrated add-on at the outer-loop layer by combining disturbance rejection control and robust control barrier function for high-performance tracking and safe control of the whole dynamic system of an industrial manipulator. This is particularly beneficial when 1) the inner-loop controller is imperfect, unmodifiable, and uncertain; and 2) the dynamic model exhibits significant uncertainty. Stability analysis, formal safety guarantee proof, and hardware experiments with a PUMA robotic manipulator are presented. Our solution demonstrates superior performance in terms of simplicity of implementation, robustness, tracking precision, and safety compared to the state of the art. Video: https://youtu.be/zw1tanvrV8Q


翻译:在商用机器人系统中,通常存在用户无法修改的封闭式内环力矩控制器。然而,外环控制器(向內环控制器发送位置或速度等运动学指令以进行跟踪)通常向用户开放。本研究重点开发一种易于集成的外环附加模块,通过结合扰动抑制控制与鲁棒控制屏障函数,实现工业机械臂完整动力学系统的高性能跟踪与安全控制。该方法在以下场景尤为有益:1)内环控制器存在缺陷、不可修改且具有不确定性;2)动力学模型表现出显著不确定性。本文提供了稳定性分析、形式化安全保证证明,以及基于PUMA机械臂的硬件实验验证。与现有技术相比,我们的解决方案在实现简易性、鲁棒性、跟踪精度和安全性方面均表现出优越性能。视频:https://youtu.be/zw1tanvrV8Q

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