On passivity-based trajectory tracking for robotic manipulators combining PD plus and Slotine-Li control

In this paper, a tracking controller for robots is analyzed, which allows both the specification of the convergence rate of the tracking errors and the parameterization of a desired contact stiffness and damping. It is shown that the control approach can be interpreted as a generalization of the well-known PD+ and Slotine-Li controllers, combining the benefits of both approaches. Although mentioned in the literature before, no thorough theoretical and practical analysis of the aforementioned passivity-based control concept has been performed so far. In this work, the implications of the gains are discussed w.r.t. convergence and interaction properties, addressing possible tuning strategies. Finally, the performance of the controller is evaluated in terms of tracking and interaction experiments on a KUKA LWR IV+. In dieser Arbeit wird ein Trajektorienfolgeregler f & uuml;r Roboterarme analysiert. Dieser erlaubt sowohl die Spezifikation einer Konvergenzrate f & uuml;r die Regelfehler als auch die Parametrisierung einer gew & uuml;nschten Kontaktsteifigkeit und D & auml;mpfung. Es wird gezeigt, dass der Regler als eine Verallgemeinerung der bekannten PD+ und Slotine-Li-Regler interpretiert werden kann und dabei die Vorteile beider Ans & auml;tze vereint. Obwohl das besagte passivit & auml;tsbasierte Regelgesetz in der Literatur bereits bekannt ist, wurde bisher noch keine umfassende Analyse der theoretischen und praktischen Eigenschaften ver & ouml;ffentlicht. In dieser Arbeit wird daher insbesondere die Bedeutung der Verst & auml;rkungsfaktoren hinsichtlich der Konvergenz- und Interaktionseigenschaften diskutiert. Dabei werden verschiedene Gain-Tuning-Strategien aufgezeigt. Die Performanz des Reglers wird schlie ss lich anhand von Trajektorienfolge und Mensch-Roboter-Interaktions-Experimenten an einem KUKA LWR IV+ Roboterarm evaluiert.