Robot Force Control VII Scuola Nazionale di Dottorato CIRA Bertinoro (FC) Controllo di Sistemi Robotici per la Manipolazione e la Cooperazione 14–16 Luglio 2003 Introduction Lorenzo Sciavicco Motion control Bruno Siciliano Indirect force control Luigi Villani Direct force control Stefano Chiaverini Experiments Bruno Siciliano Hybrid force control and contact estimation in the task frame formalism Herman Bruyninckx
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Robot Force Control
VII Scuola Nazionale di Dottorato CIRA Bertinoro (FC)Controllo di Sistemi Robotici per la Manipolazione e la Cooperazione 14–16 Luglio 2003
IntroductionLorenzo SciaviccoMotion control
Bruno SicilianoIndirect force control
Luigi VillaniDirect force control
Stefano ChiaveriniExperimentsBruno Siciliano
Hybrid force control and contact estimationin the task frame formalism
Herman Bruyninckx
VII Scuola Nazionale di Dottorato CIRA Bertinoro (FC)Controllo di Sistemi Robotici per la Manipolazione e la Cooperazione 14–16 Luglio 2003
Research @ PRISMA Lab
Dual-robot system Redundancy resolution Singularity robustness Cooperative tasks Fault tolerance Model identification Inverse dynamics
control Force control Visual tracking
Interaction control
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VII Scuola Nazionale di Dottorato CIRA Bertinoro (FC)Controllo di Sistemi Robotici per la Manipolazione e la Cooperazione 14–16 Luglio 2003
Outline
Force regulation Static model-based compensation Dynamic model-based compensation
Force/motion control Force and position regulation Force and position control Moment and orientation control Force tracking
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Force regulation
Static model-based compensation
PI control
… at steady state
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Force regulation (cont’d)
Dynamic model-based compensation
Force and moment control with inner motion control loop
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Force/motion control
Force and motion control Regulation of force but loss of motion control Recover motion control along unconstrained directions while
ensuring force control along constrained directions
parallel control strategy
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Force/motion control (cont’d)
Force and position regulation
At steady state
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Force/motion control (cont’d)
Force and position control
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Force/motion control (cont’d)
Force and position control with full parallel composition
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Force/motion control (cont’d)
Moment and orientation control
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Force/motion control (cont’d)
Force tracking Full parallel composition
Time-varying force
tracking if exactly known
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Force/motion control (cont’d)
Contact stiffness adaptation ( )
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Experiments
Set-up COMAU Smart 3-S
robot Open control
architecture ATI force/torque sensor
Force-motion control Compliance control Impedance control Force control Parallel control Hybrid control
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Experiments (cont’d)
Impedance control Contact with
unknown surface Accommodation of
both force and moment
Geometric consistency
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Experiments (cont’d)
Extension to dual-robot system
typical peg-in-hole assembly task
robot holding the hole controlled as 6-DOF impedance
robot holding the peg programmed in PDL-2
accommodation of misalignment and overshoot
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Further experiments
Set-up @ ARTS Lab, SSSA Pisa
DEXTER cable-actuated robot arm
Compliance control tasks of assisting disabled
people
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Further experiments (cont’d)
Set-up @ DLR, Germany
KUKA robot with force sensor and camera embedded in the gripper
Integration of vision and force
visual feedback in gross motion
force feedback in fine motion
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References F. Caccavale, C. Natale, B. Siciliano, L. Villani, "Resolved-
acceleration control of robot manipulators: A critical review with experiments", Robotica, 16, 565–573, 1998
F. Caccavale, C. Natale, B. Siciliano, L. Villani, "Six-DOF impedance control based on angle/axis representations", IEEE Transactions on Robotics and Automation, 15, 289–300, 1999
F. Caccavale, C. Natale, B. Siciliano, L. Villani, "Achieving a cooperative behaviour in a dual-arm robot system via a modular control structure", Journal of Robotic Systems, 18, 691–700, 2001
F. Caccavale, B. Siciliano, L. Villani, "Robot impedance control with nondiagonal stiffness", IEEE Transactions on Automatic Control, 44, 1943–1946, 1999
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References (cont’d) S. Chiaverini, L. Sciavicco, "The parallel approach to
force/position control of robotic manipulators", IEEE Transactions on Robotics and Automation, 9, 361–373, 1993
S. Chiaverini, B. Siciliano, L. Villani, "Force/position regulation of compliant robot manipulators", IEEE Transactions on Automatic Control, 39, 647–652, 1994
S. Chiaverini, B. Siciliano, L. Villani, "A survey of robot interaction control schemes with experimental comparison", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 4, 273–285, 1999
C. Natale, Interaction Control of Robot Manipulators: Six-degrees-of-freedom Tasks, Springer, Heidelberg, Germany, 2003
B. Siciliano, L. Villani, Robot Force Control, Kluwer, Boston, MA, 1999