Experimental evaluation of hybrid impedance controllers

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Zanette, Cícero Luiz Alves
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-22012025-162356/
Resumo: Interaction control has gained importance with the increasing prevalence of robots interacting with humans. Among the available options, impedance and admittance control systems are particularly notable. These approaches differ from traditional methods by focusing on the relationship between velocity and force rather than specific system states. Impedance control is effective in stable interactions with stiff environments, but may lack precision in free space. Conversely, admittance control excels in non-contact scenarios but can be unstable with stiff environments. Since stiff environments can be considered as having high admittance, impedance control is generally preferred in such cases, and vice versa. To address these challenges, researchers have sought to integrate the advantages of both approaches through hybrid systems. These hybrids are primarily categorized into switch-based and non-switch-based types, each with distinct benefits and drawbacks. This study aims to develop a comparative strategy for these hybrid systems by introducing a novel visualization method called \"impedance space\" and standardizing the control frameworks for clarity. New metrics were designed to evaluate how well these systems achieve the desired impedance rather than merely following force or position trajectories. The proposed framework was validated through experiments, assessing the performance of different systems across various environments.
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spelling Experimental evaluation of hybrid impedance controllersAvaliação experimental de controladores de impedância híbridosadmittance controlcontrole de admitânciacontrole de impedânciacontrole de interaçãocontrole híbridohybrid controlimpedance controlinteraction controlRobóticaroboticsInteraction control has gained importance with the increasing prevalence of robots interacting with humans. Among the available options, impedance and admittance control systems are particularly notable. These approaches differ from traditional methods by focusing on the relationship between velocity and force rather than specific system states. Impedance control is effective in stable interactions with stiff environments, but may lack precision in free space. Conversely, admittance control excels in non-contact scenarios but can be unstable with stiff environments. Since stiff environments can be considered as having high admittance, impedance control is generally preferred in such cases, and vice versa. To address these challenges, researchers have sought to integrate the advantages of both approaches through hybrid systems. These hybrids are primarily categorized into switch-based and non-switch-based types, each with distinct benefits and drawbacks. This study aims to develop a comparative strategy for these hybrid systems by introducing a novel visualization method called \"impedance space\" and standardizing the control frameworks for clarity. New metrics were designed to evaluate how well these systems achieve the desired impedance rather than merely following force or position trajectories. The proposed framework was validated through experiments, assessing the performance of different systems across various environments.O controle de interação ganhou importância com a crescente prevalência de robôs interagindo com humanos. Entre as opções disponíveis, os sistemas de controle de impedância e admitância são particularmente notáveis. Essas abordagens diferem dos métodos tradicionais ao focar na relação entre velocidade e força em vez de estados específicos do sistema. O controle de impedância é eficaz em interações estáveis com ambientes rígidos, mas pode não ter precisão em movimento livre. Por outro lado, o controle de admitância se destaca em cenários sem contato, mas pode ser instável com ambientes rígidos. Como ambientes rígidos podem ser considerados como tendo alta admitância, o controle de impedância é geralmente preferido nesses casos, e vice-versa. Para abordar esses desafios, pesquisadores buscaram integrar as vantagens de ambas as abordagens por meio de sistemas híbridos. Esses híbridos são categorizados principalmente em tipos baseados em chaveamento e não baseados em chaveamento, cada um com vantagens e desvantagens distintas. O presente trabalho visa desenvolver uma estratégia comparativa para esses sistemas híbridos, introduzindo um novo método de visualização chamado \"espaço de impedância\" e padronizando as estruturas de controle para maior clareza. Novas métricas foram projetadas para avaliar o quão bem esses sistemas alcançam a impedância desejada em vez de apenas seguir trajetórias de força ou posição. A estrutura proposta foi validada por meio de experimentos, avaliando o desempenho de diferentes sistemas em vários ambientes.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPCunha, Thiago BoaventuraZanette, Cícero Luiz Alves2024-12-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-22012025-162356/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-01-22T20:48:02Zoai:teses.usp.br:tde-22012025-162356Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-01-22T20:48:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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