After its introduction, impedance control has been utilized as a primary control scheme for robotic manipulation tasks that involve interaction with unknown environments. While impedance control has been extensively studied, the geometric structure of SE(3) for the robotic manipulator itself and its use in formulating a robotic task has not been adequately addressed. In this paper, we propose a differential geometric approach to impedance control. Given a left-invariant error metric in SE(3), the corresponding error vectors in position and velocity are first derived. We then propose the impedance control schemes that adequately account for the geometric structure of the manipulator in SE(3) based on a left-invariant potential function. The closed-loop stabilities for the proposed control schemes are verified using Lyapunov function-based analysis. The proposed control design clearly outperformed a conventional impedance control approach when tracking challenging trajectory profiles.


翻译:引入阻抗控制后,它已被应用为涉及与未知环境交互的机器人操作任务的主要控制方案。尽管阻抗控制得到了广泛的研究,但机器人操纵器本身在SE(3)中的几何结构及其在制定机器人任务方面的运用尚未得到充分解决。在本文中,我们提出了一种基于微分几何方法的阻抗控制方法。在给定SE(3)中的左不变误差度量基础上,首先导出了位置和速度中的相应误差向量。然后,我们根据左不变势能函数,提出了充分考虑机械手在SE(3)中几何结构的阻抗控制方案。利用基于李亚普诺夫函数的分析验证了所提出的控制方案的闭环稳定性。当跟踪具有挑战性的轨迹时,所提出的控制设计明显优于传统阻抗控制方法。

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