This paper proposes a novel fixed-time integral sliding mode controller for admittance control to enhance physical human-robot collaboration. The proposed method combines the benefits of compliance to external forces of admittance control and high robustness to uncertainties of integral sliding mode control (ISMC), such that the system can collaborate with a human partner in an uncertain environment effectively. Firstly, a fixed-time sliding surface is applied in the ISMC to make the tracking error of the system converge within a fixed-time regardless of the initial condition. Then, a fixed-time backstepping controller (BSP) is integrated into the ISMC as the nominal controller to realize global fixed-time convergence. Furthermore, to overcome the singularity problem, a non-singular fixed-time sliding surface is designed and integrated into the controller, which is useful for practical application. Finally, the proposed controller is validated for a two-link robot manipulator with uncertainties and external human forces. The results show that the proposed controller is superior in the sense of both tracking error and convergence time, and at the same time, can comply with human motion in a shared workspace.


翻译:本文提出一个新的固定时间整体滑动模式控制器,用于接收控制,以加强人体-机器人之间的实际协作。拟议方法结合了接受控制外部力量的合规性的好处和对整体滑动模式控制(ISMC)不确定性的高度稳健性的好处,使系统能够在不确定的环境中与人类伙伴有效协作。首先,在ISMC中应用固定时间滑动表面,使系统的跟踪错误在一个固定时间里汇合,而不管最初的状况如何。随后,固定时间后退控制器(BSP)作为实现全球固定时间趋同的名义控制器被纳入ISMC。此外,为了克服单一性问题,设计了一个非单一固定时间滑动表面并将其融入控制器,这对实际应用是有用的。最后,拟议的控制器被验证为具有不确定性和外部人类力量的双链接机器人操纵器。结果显示,拟议的控制器在追踪错误和合并时间的意义上,同时在共同工作空间中可以符合人类运动。

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