9
International Journal of Advanced Robotic Systems Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference Regular Paper Xue Jian 1,* , Tang Zhiyong 1 , Pei Zhongcai 1 , He Shao 1 and Liu Lanbo 1 1 School of Automation Science and Electrical Engineering, Beihang University, China * Corresponding author E-mail: [email protected] Received 7 Nov 2012; Accepted 11 Dec 2012 DOI: 10.5772/55475 © 2013 Xue et al.; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract 6DOF parallel robot always appears in the form of Stewart platform. It has been widely used in industry for the benefits such as strong structural stiffness, high movement accuracy and so on. Space docking technology makes higher requirements of motion accuracy and dynamic performance to the control method on 6DOF parallel robot. In this paper, a hydraulic 6DOF parallel robot was used to simulate the docking process. Based on this point, this paper gave a thorough study on the design of an adaptive controller to eliminate the asymmetric of controlled plant and uncertain load force interference. TakagiSugeno (TS) fuzzy inference model was used to build the fuzzy adaptive controller. With TS model, the controller directly imposes adaptive control signal on the plant to make sure that the output of plant could track the reference model output. The controller has simple structure and is easy to implement. Experiment results show that the controller can eliminate asymmetric and achieve good dynamic performance, and has good robustness to load interference. Keywords Parallel Robot, Docking Mechanism, Adaptive Control, TS Fuzzy Inference, Robust Control 1. Introduction Space docking technology plays an important role in the field of manned spaceflight. Space docking mechanism is used to combine two spacecraft to a solid complex. Peripheral docking mechanism, whose actuation mechanisms are peripherally laid to make enough space for the central channel, was widely used in manned space areas of both Soviet Union and United States. Figure 1 shows the NASA Docking System, passive part on the left and active part on the right. The motion drive mechanism is a Stewart mechanism. Figure 1. Mechanism of NASA Docking System 1 Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference www.intechopen.com ARTICLE www.intechopen.com Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013

PROJECT ROBOTS

Embed Size (px)

DESCRIPTION

International Journal of Advanced Robotic Systems

Citation preview

Page 1: PROJECT ROBOTS

International Journal of Advanced Robotic Systems Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference Regular Paper

Xue Jian1,*, Tang Zhiyong1, Pei Zhongcai1, He Shao1 and Liu Lanbo1

1 School of Automation Science and Electrical Engineering, Beihang University, China * Corresponding author E-mail: [email protected]  Received 7 Nov 2012; Accepted 11 Dec 2012 DOI: 10.5772/55475 © 2013 Xue et al.; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract 6‐DOF parallel robot always appears in the form of Stewart platform.  It has been widely used  in  industry for  the  benefits  such  as  strong  structural  stiffness,  high movement accuracy and so on. Space docking technology makes  higher  requirements  of  motion  accuracy  and dynamic  performance  to  the  control method  on  6‐DOF parallel  robot.  In  this paper,  a hydraulic  6‐DOF parallel robot was used to simulate the docking process. Based on this point, this paper gave a thorough study on the design of an adaptive  controller  to eliminate  the asymmetric of controlled  plant  and  uncertain  load  force  interference. Takagi‐Sugeno  (T‐S)  fuzzy  inference model was used  to build  the  fuzzy adaptive controller. With T‐S model,  the controller directly imposes adaptive control signal on the plant to make sure that the output of plant could track the reference  model  output.  The  controller  has  simple structure  and  is  easy  to  implement.  Experiment  results show  that  the  controller  can  eliminate  asymmetric  and achieve  good  dynamic  performance,  and  has  good robustness to load interference.  Keywords Parallel Robot, Docking Mechanism, Adaptive Control, T‐S Fuzzy Inference, Robust Control 

1. Introduction  Space docking technology plays an  important role  in the field of manned spaceflight. Space docking mechanism is used  to  combine  two  spacecraft  to  a  solid  complex. Peripheral  docking  mechanism,  whose  actuation mechanisms are peripherally  laid  to make enough space for the central channel, was widely used in manned space areas  of  both  Soviet Union  and United  States.  Figure  1 shows the NASA Docking System, passive part on the left and active part on the right. The motion drive mechanism is a Stewart mechanism.  

  

Figure 1. Mechanism of NASA Docking System 

1Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference

www.intechopen.com

ARTICLE

www.intechopen.com Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013

Page 2: PROJECT ROBOTS

Stewart mechanism  is  now  commonly  used  for  6‐DOF parallel  robot. Compared with  classic  serial mechanism, parallel mechanism has better stiffness, stronger carrying capacity,  more  stable  structure  and  higher  motion accuracy.  Therefore,  Stewart  platform  mechanism  was commonly used  in peripheral docking  system,  as  in  the NASA Docking System.  In  this  paper,  a  self‐designed  hydraulic  6‐DOF  parallel robot was used to simulate and study the motion features and  control  methods  of  space  docking  mechanism,  as shown in Figure 2. Stewart platform mechanism is highly nonlinear, variable‐loaded, and multi‐parameter coupled. To  develop  the  working  space,  the  six  rods  of  the platform  are  usually  driven  by  asymmetrical  cylinders, whose asymmetry would cause more control difficulties.  

  

Figure 2. Hydraulic 6‐DOF robot for docking simulation study  The motion  control of parallel  robot  is  separated  to  two branches:  joint‐space  control  and  task‐space  control. Task‐space control, which is based on forward kinematics and  inverse dynamics,  is more  energy‐efficient  and  has better dynamic control effects, but needs additional force, position or attitude sensors and better control processors for  kinematics  solver.  The  dynamics  analysis  is  also  a difficulty  in  this  field.  Joint‐space  control  is  more common to be used for its lower requirement of hardware. The  controller  design  is  based  on  how  to  make  every hinge  of motive  point  track  predetermined  trajectories, which can be solved out from the predetermined position and  attitude  trajectory  of  the  motive  platform. The difficulty of this method is to eliminate the unknown load force interference in every single control channel.  This paper gave a thorough study on the joint‐space control method, using T‐S fuzzy inference model to design a model reference adaptive controller. The model reference adaptive control method  is  based  on measuring  the  output  or/and status differences  between  reference model  and  controlled plant  to  make  a  control  decision.  It  can  well  solve  the problems mentioned  above.  Fuzzy  inference method  is  fit for  the  process  of  the  control  decision  to  control  such  a nonlinear uncertain system. Compared with  the  traditional 

Mamdani  fuzzy  inference  method,  T‐S  fuzzy  inference method  is  a more  compact  and  computationally  efficient representation, and works well with adaptive techniques.  2. Parallel Robot Mechanism Analysis  2.1 Mechanism structure  The kinematics mechanism sketch of Stewart platform  is shown in Fig. 3. It is made up of a base, a motive platform, and  six  rods  whose  lengths  are  variable.  Each  rod  is connected with base and motive platform via a universal joint.  In  practical  application,  the  rods  are  realized commonly by cylinders, however, the universal joints are always  replaced by  spherical  joints,  such as  in Figure 3, which would not  increase  the DOFs of motive platform, but  only  give  cylinders  and  piston  rods  rotation DOFs along  their  self‐axis. Decided by  the  lengths of  six  rods, the motive platform has six DOFs, three translation DOFs and three rotation DOFs.  

 Figure 3. Kinematics mechanism sketch of 6‐DOF robot  2.2  Inverse Kinematics Analysis   In Fig. 4, define Oxyz as  the coordination  system  (CS) of the base, and  ' ' ' 'O x y z as the CS of the motive platform.  So the position and orientation of the motive platform in Oxyz can  be  present  as  a  6D  vector T( , , , , , )x y zx y z , 

and the position vector  T( , , )x y zr .  Select  any  rod  to  analyze.  'na is  the  position  vector  in 

' ' ' 'O x y z , and  na ,  nb ,  nl  are the position vectors in Oxyz .  

'na  can be translated from  ' ' ' 'O x y z  to Oxyz as  

              'n n a Ra r   (1)  

In (1),  R  is the rotation matrix,    z y xR R R R   (2) 

y z

xʹ 

yʹ zʹ

Oʹ 

O

A5

A4

A6

A2

A1 

B2 

B5

B4B3 

B1 

A3

B6

2 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013 www.intechopen.com

Page 3: PROJECT ROBOTS

In  (2), cos sin 0sin cos 0

0 0 1

z z

z z z

R ,cos 0 sin

0 1 0sin 0 cos

y y

y

y y

R  

and 1 0 00 cos sin0 sin cos

x x x

x x

R . 

 According to the vector relationship in Fig. 4,    ' 1,2,3,4,5,6n n n n n n l a b Ra r b   (3)  

 Figure 4. Vector relationship sketch for single rod analysis  The position output of each rod  np  can be presented like  

  0 0 1,2,3,4,5,6n n n n np l l l n l   (4)  

In Eq. (4),  0nl is the median length of a rod.  For  'na  and  nb  are decided by  the  structural parameters of  the  Stewart  platform,  the  expected  outputs 

( 1, 2, 3, 4, 5, 6)np n can be simply solved out when the position  and  orientation  of  the  motive  platform 

T( , , , , , )x y zx y z is decided.  3. Single channel modeling  In  this paper,  the space docking simulator  is a hydraulic 6‐DOF.parallel  robot.  Each  rod  is  driven  by  a  valve‐controlled asymmetrical  cylinder. The  six  channels have the same structure type.  3.1. Model of valve‐controlled cylinder  The  mechanism  sketch  of  valve‐controlled  cylinder  is shown  in Figure 5. According  to  the  load  flow equation, flow  continuity  equation  and  load  balance  equation, ignoring  the  elastic  load,  piston  displacement  output model of valve‐controlled cylinder is established as   

 2

22 2 2 2

( 1)4

( ) (1 )4 4

u c tl

p p yp

t t t t c t c

y p y p p p

K K Vu S FA A

yVM VM K M K BS S SA A A A

  (5) 

py  is piston displacement,  u  is valve drive voltage,  lF  is 

load  force,  uK  is  valve  voltage  –  spool  displacement amplification  coefficient,  cK  is  valve  flow  –  pressure amplification coefficient,  pA  is piston effective area,  tV  is 

cylinder  equivalent  total  volume,  tM  is  load  equivalent total mass,  y  is equivalent volume elastic modulus, and 

B  is piston motion damping coefficient.  

 1. Servo valve;  2. Cylinder;  3. Equivalent load 

Figure 5. Mechanism sketch of valve‐controlled cylinder  3.2. Model simplification  

In  Eq.  (8),  21

p c fc

f p p p

By K PK BA P A A y

,  fP  is  differential  pressure 

between  two  chambers,  pBy  is  damping  force,  f pP A  is 

piston  output  force,  c fK P  is  flow  loss  caused  by 

differential pressure, and  p pA y  is  flow needed by piston 

motion.  Considering  the  actual  situation,  f p pP A By  

and  p p c fA y K P . Therefore,  21

1cK BA

,and  the model  in 

Eq. (8) can be simplified as  

 2

22 2 2

( 1)4

( )4 4

u c tl

p p yp

t t t t c t

y p y p p

K K Vu S FA A

yVM VM K MS S S SA A A

  (6) 

 3.3. Actual parameter model  In the experiment system, the valves and cylinders are all from Atos. The  input  voltage  of valve  solenoid drive  is ±10V. The piston stroke of the cylinder is 280mm. Setting the  median  of  stoke  as  the  initial  position,  the  actual parameters of the experiment system are shown in Table 1.  1pA  is  piston  effective  area  of  chamber  without  rod, 

and 2pA be of chamber with rod.  Substituting the parameters into (6), the actual parameter model is shown in Table 1. 

An

ln

O’ 

O  bn 

r  an a’n 

Bn 

3Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference

www.intechopen.com

Page 4: PROJECT ROBOTS

Parameters  Values  Units 

uK  52.10 10  

3 1 1m V s

cK  101.67 10  

5 1 1m N s

tV  43.50 10  

3mtM  

22.00 10   kg

y  91.50 10   Pa

1pA  31.96 10  

2m

2pA  31.00 10  

2m 

Table 1. Actual parameters of experiment system  

 2 18 5

6 3 3 2

1.07 10 (2.54 10 4.35 10 )3.04 10 8.70 10

lp

u S FyS S S

  (7) 

 

 2 18 4

5 3 2 2

2.10 10 (9.74 10 1.67 10 )1.17 10 3.34 10

lp

u S FyS S S

  (8) 

 If the pressure oil go into the chamber without rod,  0u , 

p py y ; else if  0u ,  p py y .  

 Meanwhile,  10 10u  and  0.14 0.14py . 

 4. Design of T‐S fuzzy adaptive controller   4.1. Control system structure  Considering that the control plant is nonlinear and the load force is variable, a model that meets the control requirement can be  introduced  to be  the  reference model  to  reduce  the control difficulty and make the system more stable.  The structure of the control system is shown in Figure 6. e  is the error signal between reference model output  my  and plant output  y . According to  e  and  e , the adaptive controller  generates  adaptive  control  signal  cu .  The adaptive controller is based on T‐S fuzzy inference.  

ur y

my

cu , e e

 

Figure 6. Block diagram of control system  4.2 T‐S Fuzzy  Adaptive Controller Design  The  main  difference  between Mamdani  and  T‐S  fuzzy models  is  that  the T‐S output membership  functions are linear  expresses  of  input  variables.  The  experimental results showed  that  it  is enough only  to  linearly express  e  for  the output  to make a good control effect. This can 

effectively  simplify  the  controller design. Figure 7  is  the block diagram of the designed fuzzy inference system.  

e

eK

e

eK ( , )e ef K e K e cu

cK

  

Figure 7. Block diagram of fussy inference system  The adaptive control signal  cu can be recorded as    ( , )c c e e eu K f K e K e K e   (9)  Setting the domain of both  eK e  and  eK e as [‐6, 6]. Defining fuzzy subsets of  eK e  and  eK e  as {NB, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PB} and {NB, NM, NS, O, PS, PM, PB}. Three types of membership functions were used as follows.  Triangular‐shaped membership function 

 

0

( )

0

x ax a a x bb af xc x b x cc b

x c

  (10) 

 Z‐shaped membership function 

 

2

2

1

1-2 2

( )

2 2

0

x a

x a a ba xb a

f xx b a b x bb a

x b

  (11) 

 S‐shaped membership function 

 

2

2

0

2 2

( )

1-2 2

1

x a

x a a ba xb a

f xx b a b x bb a

x b

  (12) 

The parameters of membership  functions  are  in Table  2 and Table 3.  The  input  membership  functions  of  eK e  and  eK e are shown in Figure 8 and Figure 9. The fuzzy sets ‘NO’ and ‘PO’  of  eK e  are  specially  designed  in  those  shapes  to increase the tracking accuracy and to reduce steady‐state error.  

4 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013 www.intechopen.com

Page 5: PROJECT ROBOTS

Membership Functions 

Function Type Parameters 

a  b  c NB  Z‐shaped  ‐6  ‐3.5  / NM  Triangular‐shaped  ‐6  ‐4  ‐2 NS  Triangular‐shaped  ‐4  ‐2  ‐0.3 NO  Triangular‐shaped  ‐2  ‐0.2  0.1 PO  Triangular‐shaped  ‐0.1  0.2  2 PS  Triangular‐shaped  0.3  2  4 PM  Triangular‐shaped  2  4  6 PB  S‐shaped  3.5  6  / 

Table 2. Membership function parameters of  eK e  

 Membership Functions 

Function Type Parameters 

a  b  c NB  Z‐shaped  ‐6  ‐3  / NM  Triangular‐shaped  ‐6  ‐4  ‐2 NS  Triangular‐shaped  ‐4  ‐2  0 O  Triangular‐shaped  ‐2  0  2 PS  Triangular‐shaped  0  2  4 PM  Triangular‐shaped  2  4  6 PB  S‐shaped  3  6  / 

Table 3. Membership function parameters of  eK e  

 

 

Figure 8. Membership function of  eK e  

 

 

Figure 9. Membership function of  eK e   Choose 0 0f ,  1 0.3 ef K e ,  2 0.6 ef K e ,  3 ef K e  to establish the fuzzy  inference table in Table 4. The design was  according  to  the  general  control  experience.  The input‐output  relationship  surface  of  the  designed  fuzzy system is in Figure 10.  By  adjusting  the  scale  factors  eK ,  eK  and  quantization factor  cK , the model tracking capability of the system would be well  improved.  In  fact,  these parameters  are  associated with physical quantities. Therefore, it’s easy for experienced engineers to adjust the parameters of the controller. 

eK e   eK e  NB  NM  NS  NO  PO  PS  PM  PB 

NB  3f 3f 2f 1f   0f   0f   0f 0f

NM  3f 3f 2f 1f   0f   0f   0f 1f

NS  3f 2f 1f 0f   0f   0f   1f 2f

O  3f 1f 0f 0f   0f   0f   1f 3f

PS  2f 1f 0f 0f   0f   1f   2f 3f

PM  1f 0f 0f 0f   1f   2f   3f 3f

PB  0f 0f 0f 0f   1f   2f   3f 3f 

Table 4. Fuzzy control table of designed controller  

eK eeK e

c

c

uK

 Figure 10. Input‐output relationship surface  5.  Simulation  A  signal  fuzzy  controller  based  on  the  algorithm mentioned  in  Chapter  4  was  established  in  Simulink®, with  1kHz  sampling  frequency,  in  order  to  lay  a foundation  for  the  hardware  implementation  of  the controller. The fuzzy controller established in Simulink is shown in Figure 11.  

Figure 11. Fuzzy controller established in Simulink  According  to  the  system  requirement  of  dynamic performance,  the  reference  model  was  chosen  as 

2

2 215( )

2 15 1 15mG SS S

.  The  factors  were  adjusted  as 42 10eK ,  71 10eK  and  43 10cK . 

 All  the  simulation  results  were  compared  with  a  PID controller  tuned  with  Control  System  Toolbox  of 

5Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference

www.intechopen.com

Page 6: PROJECT ROBOTS

MATLAB®. In every curve  figure,  there are  three curves: No.1  is  the desired  output  response, No.2  is  the  output response controlled by the designed controller, and No.3 is the output response controlled by PID controller.  Figure 12 shows that the designed controller makes a good step response to meet the system requirement, with a setting time  less  than 0.8s, and  the step response of PID controller has  a  shorter  rise  time  but  with  overshoot  and  a  longer setting time. The step responses from 1.5s to 2s in Figure 13 show the steady‐state errors. The designed controller is less than 0.1%, and PID controller more than 0.7%.  

  

Figure 12. Step response curves  

  

Figure 13. Steady‐state errors comparison  In  Figure  14,  the  designed  controller’s  square  wave response shows a good symmetry, however, the response of  PID  controller  is  obviously  asymmetrical,  since  one group  of  PID  parameters  cannot  adapt  to  systems with different  parameters.  Sine wave  responses  in  Figure  15 also illustrate this point.  

  

Figure 14. Square wave response curves  

 Figure 15. Sine wave response curves  The  curves  in  Figure  16  are  gotten  by  adding  a  2000N constant  interference.  The  designed  controller  made  a much better anti‐ interference ability than PID controller.  

 Figure 16. Step response curses under constant interference  Figure  17  shows  a  dynamic  model  of  a  parallel  robot  established with  SimMechanics®  of MATLab®.  It’s used  to verify the feasibility of control algorithm for the platform. In simulation  experiment,  1000kg  centro‐symmetric  load was added on the motive platform. During the motion process of platform, uncertain load would be imposed on each channel.  

 

Figure 17. Dynamic simulation model in SimMechanism 

6 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013 www.intechopen.com

Page 7: PROJECT ROBOTS

Using the analysis result of Chapter 2, the desired output of each channel can be solved when the desired trajectory of motive platform  is  given. One motion  trajectory was selected  to  simulate  a  yaw  motion  along  Z‐axis  with amplitude of 20° and frequency of 0.5Hz.  As the platform is centro‐symmetric, the desired channel outputs  are of  two kinds,  shown  in Fig.  18  and Fig.  19. The figures prove that with uncertain  load, the designed controller made a good dynamic tracking performance, as the PID controller was poor.  

 

Figure 18. Desired response and actual outputs of Channel 1, 3, 5  

 

Figure 19. Desired response and actual outputs of Channel 2, 4, 6 6. Experiments  6.1 Experiment System Introduction  The  hydraulic  6‐DOF  parallel  robot  for  experiments  is shown in Figure 1, with six valve‐controlled servo cylinders from ATOS®. The proportional valves receive +/‐10V voltage signal, and the linear displacement sensors feed back 0~10V voltage signal. The stroke of cylinders is 280mm.   The hydraulic oil  source  system,  shown  in Figure  20,  is mainly made  up  of  a  constant  pressure  variable  pump from Vickers® with  33mL maximum discharge  capacity, and  an  AC  motor  from  ABB®  with  1440r/min  rated rotation  speed.  The  oil  source  system  can  provide maximum 47.5L/min flow.   The hardware controller is an IPC from Advantech® with 16‐bit multi‐channel  A/D  and  D/A  cards.  IntervalZero® RTX real time operation sub‐system is used to ensure that the control algorithm programs can run reliably. 

  

Figure 20. Hydraulic oil source system for experiment  6.2 Experiment results analysis  Considering  the  flow  supply  ability  of  hydraulic  oil source system, only minor and slower motions than those in  simulations  could  be  achieved.  The  working  oil pressure was set to 7MPa.  Figure 21  shows  the  result of  the experiment  to apply a sine signal of 50mm amplitude and 0.25Hz  frequency  to each channel. Line 0 is the desired signal and Line 1‐6 are the  response  curves.  The  response  curves  of  different channels  are  almost  overlapped.  The  tracking performance  is  satisfactory  and  the  asymmetry problem is  well  solved.  In  fact,  the  controller  parameters  were adjusted  with  one  channel  and  then  used  in  other channels. This proves that the controller is not sensitive to the parameter differences of models.   

  

Figure 21. 0.25Hz multi‐channel sine wave curves  The  enlarged  part  of  Figure  21  is  in  Figure  22,  which shows  that  the maximum error among  six curves  is  less than 0.5mm.  In  the  next  experiments,  only  one  channel was  enabled, and other channels were locked with zero strokes. During this  experiment  process,  the  motion  of motive  platform was more  complex,  and  the  load  force  from  the motive platform to the controlled channel was changing obviously because of the inertia and reaction of motive platform. 

7Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference

www.intechopen.com

Page 8: PROJECT ROBOTS

  

Figure 22. Enlarged part of Figure 21  To  illustrate  the  character  of  the  designed  controller,  a traditional PID controller was  introduced for reference. In the  figures  of  experiment  results,  Line  1  is  the  desired signal,  Line  2  is  the  response  curve  of  the  designed controller, and Line 3 is that of a traditional PID controller.  In Figure 23, the curves show that the designed controller can  well  eliminate  the  asymmetry  of  controlled  plant, which  PID  controller  cannot  achieve.  The  positive  and negative  step  responses  of  designed  controller  show consistency. The  variable  load  force  to  the  rod  can  also worsen  the dynamic  response of PID  controller, but  the effect to the design controller is very small.  

  

Figure 23. Single‐channel square wave curves  Figure  24,  Figure  25  and  Figure  26  are  the  response curves under sine signals of 50mm amplitude and 0.25Hz frequency, 30mm amplitude and 0.5Hz frequency, and of 10mm amplitude and 2Hz frequency.  In  0.25Hz  response  experiment,  both  the  designed controller  and  PID  controller  can  achieve  satisfying tracking  characteristics.  The  designed  controller  shows better consistency in different directions.  With  the  increasing of  frequency,  the differences of  two controllers  are  more  and  more  obvious.  The  designed 

controller  continues  to  show  good  tracking  characters. However,  the  PID  controller  cannot  play  well  as  in 0.25Hz experiment. The  curves  shift down obviously by the  more  significant  effect  of  the  dynamic  load  from motive platform inertia.  

  

Figure 24. 0.25Hz single‐channel sine wave curves  

  

Figure 25. 0.5Hz single‐channel sine wave curves 

  

Figure 26. 2Hz single‐channel sine wave curves  The comparative  tests prove that  the designed controller has  a  better  robustness  than  the  conventional  PID controller, and can obviously eliminate the asymmetry of controlled plant.  

8 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 119:2013 www.intechopen.com

Page 9: PROJECT ROBOTS

7. Conclusions  The designed adaptive controller for 6‐DOF Parallel robot can  control  the  nonlinear  system  to  obtain  a  good dynamic  and  tracking  performance,  and  is  effective  on eliminating  the  asymmetry.  This  controller  demands  a low hardware  requirement, and  the  control algorithm  is simple  and  effective. The  robustness of  the  controller  is much  better  than  traditional  PID  controller,  and  is  not sensitive  to  the  parameter  differences  of  models. Therefore, the controller parameter adjustment would be more efficient. As the controller was designed as a 1 kHz digital  controller,  the  experiment  results  also  prove  the feasibility of implementing the algorithm in hardware.   The work in this paper lays foundation for further studies of the space docking mechanism.  8. Acknowledgments  This work  is  supported  by  the China National Defense Fund  on  Key  Discipline  Construction  (Fund  Number: BHBKGW 1‐2).  9. References  [1]  Yu D Y, Li H R, Chen W F (2011) Kinematic Calibra‐

tion  of  Parallel  Robots  for  Docking  Mechanism Motion Simulation. Int. j. adv. rob. Sys. 8: 158‐165. 

[2]  Stewart  D  (1965)  A  Platform  with  Six  Degrees  of Freedom. Proc. IMechE, 180(1): 371‐386. 

[3]  Dasgupta B, Mruthyyunjaya T S  (2006) The Stewart platform manipulator: a  review. Mech. mach., 35(1): 15‐40. 

[4]  Hunt K H (1978) Kinematic Geometry of Mechanism. Oxford: Clarendon Press. 

[5]  Fichter E F (1986) A Stewart Platform‐based Manipu‐lator: General Theory and Practical Construction. Int. J. Robot. Res., 5(2): 157‐182. 

[6]  Huang  Z,  Zhao  Y  S,  Zhao  T  S  (2006)  Advanced Special Mechanism. Beijing: Higher Education Press . 

[7]  Nguyen C C, Antraz S S, etc. (1993) Adaptive Control of  a  Stewart‐platform‐based Manipulator.  J.  Robot. Sys., 10(5): 657‐687. 

            

[8]  Gallardo  J,  Rico  J M,  Frisoli A  (2003) Dynamics  of Parallel  Manipulators  by  Means  of  Screw  Theory. Mech. Mach. Theory, 38(11): 1113‐1131. 

[9]  Sugeno,  M  (1977)  Fuzzy  measures  and  fuzzy integrals:  a  survey.  Fuzzy  Automata  and  Decision Processes: 89‐102. 

[10] Sugeno,  M.(1985)  Industrial  applications  of  fuzzy control. NY City, US: Elsevier Science Pub. Co.. 

[11] Codourey  A.  (1998)  Dynamic Modeling  of  Parallel Robots  for  Computed‐torque  Control  Implemen‐tation. Int. J. Robot. Res., 17(12): 1325‐1336. 

[12] Chung I F, Chung H H, Lin C T (1999) Fuzzy Control of  a  Six‐degree  Motion  Platform  with  Stability Analysis. Phoenix, US: 38th Conf. Decision & Control. 

[13] Xue  J,  Tang  Z  Y,  Pei  Z C  (2011)  Study  on  Stewart Platform  Method  Based  on  Model  Reference Adaptive Control. Kunming, China:  IEEE  int.  conf. cyber tech.: 28‐31. 

[14] Li S Y (2011) Fuzzy Control. Harbin, China: Press of Harbin Institute of Technology. 

[15] Takagi  T,  Sugeno M  (1985)  Fuzzy  Identification  of Systems  and  Its  Applications  to  Modeling  and Control. IEEE Trans. Sys., Man and Cyber.: 116‐132. 

[16] Cázarez‐Castro N R, Aguilar L T, Castillo O  (2012) Designing  Type‐1  and  Type‐2  Fuzzy  Logic Controllers  via  Fuzzy Lyapunov  Synthesis  for  non‐smooth mechanical systems. Eng. Appl. Of Al. 25(5): 971‐979. 

[17] Feng G  (2006) A  survey  on  analysis  and  design  of model‐based  fuzzy  control  systems.  IEEE  trans, fuzzy sys. 14(5): 676‐697. 

[18] Qi R Y, Brdys M A (2006) Adaptive fuzzy Modeling and  Control  for  Discrete‐time  Nonlinear  Uncertain Systems. OR, Poland: American control conf.. 

[19] Melin  P,  Castillo  O  (2003)  Adaptive  intelligent control  of  aircraft  systems with  a  hybrid  approach combining  neural  networks,  fuzzy  logic  and  fractal theory. Appl. Soft Comput. 3(4): 353‐362. 

9Xue Jian, Tang Zhiyong, Pei Zhongcai, He Shao and Liu Lanbo: Adaptive Controller for 6-DOF Parallel Robot Using T-S Fuzzy Inference

www.intechopen.com