+ All Categories
Home > Documents > InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

Date post: 14-Apr-2018
Category:
Upload: infodotz
View: 212 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
9
 International Journal of Advanced Robotic Systems  Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator Regular Paper Mohd Ashraf Ahmad 1,* , Mohd Zaidi Mohd Tumari 1  and Ahmad Nor Kasruddin Nasir 1 1 Control & Instrumentation (COINS) Research Group, Faculty of Electrical Engineering, University of Malaysia Pahang, Pekan, Malaysia * Corresponding author E-mail: [email protected] Received 18 Jun 2012; Accepted 21 Aug 2012 DOI: 10.5772/52562 © 2013 Ahmad 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 The raised complicatedness  of  the  dynamics  of  a robot manipulator  considering   join t elasticity makes conventional  model based  control strategies  complex and hard to synthesize.  This paper presents  investigations  into the  development  of  hybrid intelligent  control schemes  for  the  trajectory tracking and vibration control of  a flexible   join t manipulator.  To study the  effectiveness  of  the  controllers,  a collocated  proportional derivative  (PD)type Fuzzy Logic Controller  (FLC)  is first developed for  the  tip angular position control of  a flexible   joint  manipulator.  This  is then extended to incorporate  a noncollocated Fuzzy Logic Controller,  a non collocated proportional integral derivative  (PID) and an inputshaping scheme  for  the  vibration reduction of  the  flexible   join t system. The  positive  zerovibration derivative derivative  (ZVDD) shaper is designed  based  on the  properties  of  the  system.  The  implementation  results  of the  response of  the  flexible   joint  manipulator  with the  controllers  are  presented  in time and  frequency domains.  The  performances  of  the  hybrid control schemes  are  examined in terms of  input  tracking capability,  level  of  vibration reduction and time response  specifications.  Finally,  a comparative  assessment  of  the  control techniques  is presented  and discussed.  Keywords Elastic  Joint, Vibration Control, Fuzzy Logic, InputShaping, Collocated and NonCollocated Control 1. Introduction Currently, elastic  joint manipulators have received a great deal of attention due to their light weight, high manoeuvrability, flexibility, high power efficiency and large number of applications. However, controlling such systems still faces numerous challenges that need to  be addressed. The control issue of the flexible  joint is to design the controller so that the link of the robot can track a prescribed trajectory precisely with minimum vibration to the link. In order to achieve these objectives, various methods using different techniques have  been proposed. Yim [1], Oh and Lee [2] proposed an adaptive outputfeedback controller  based on a  backstepping design. This technique is proposed in order to deal with parametric uncertainty in a flexible  joint. The relevant work also  being done  by Ghorbel et al. [3]. Lin and Yuan [4] and Spong et al. [5] introduced a nonlinear control approach using the feedback linearization technique and the integral manifold technique respectively. A robust control design was reported  by Tomei [6]  by using simple PD 1 Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir: Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator www.intechopen.com ARTICLE www.intechopen.com Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013
Transcript
Page 1: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 1/9

 

International Journal of Advanced Robotic Systems 

Composite Fuzzy Logic Control Approachto a Flexible Joint ManipulatorRegular Paper

Mohd Ashraf Ahmad1,*, Mohd Zaidi Mohd Tumari1 and Ahmad Nor Kasruddin Nasir1

1 Control & Instrumentation (COINS) Research Group, Faculty of Electrical Engineering, University of Malaysia Pahang, Pekan, Malaysia* Corresponding author E-mail: [email protected]

Received 18 Jun 2012; Accepted 21 Aug 2012

DOI: 10.5772/52562

© 2013 Ahmad et al.; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the CreativeCommons 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  The  raised  complicatedness  of  the  dynamics 

of  a  robot  manipulator  considering   joint  elasticity 

makes  conventional   model‐ based   control  strategies 

complex  and  hard  to  synthesize.   This  paper  presents 

investigations   into  the  development  of  hybrid 

intelligent  control  schemes  for  the  trajectory  tracking 

and vibration control of a flexible  joint manipulator. To 

study  the effectiveness  of  the  controllers,   a  collocated  

proportional‐derivative  (PD)‐type  Fuzzy  Logic 

Controller  (FLC)  is  first developed  for  the  tip angular 

position control of a  flexible  joint  manipulator.  This  is 

then  extended  to  incorporate  a  non‐collocated  Fuzzy 

Logic  Controller,  a  non‐collocated  proportional‐

integral‐derivative  (PID) and an input‐shaping scheme 

for  the vibration reduction of  the flexible  joint system. 

The  positive  zero‐vibration‐derivative‐derivative  

(ZVDD) shaper  is designed  based  on  the properties of 

the system. The implementation  results of the response 

of  the  flexible  joint   manipulator  with  the  controllers 

are  presented  in  time  and   frequency  domains.  The 

performances   of  the   hybrid  control  schemes  are  

examined in terms of input tracking capability, level of 

vibration 

reduction 

and 

time 

response 

specifications. 

Finally,  a  comparative  assessment  of  the  control 

techniques is presented and discussed. 

Keywords  Elastic  Joint, Vibration Control,  Fuzzy  Logic, 

Input‐Shaping, Collocated and Non‐Collocated Control 

1. Introduction 

Currently, elastic  joint manipulators have received a great 

deal  of  attention  due  to  their  light  weight,  high 

manoeuvrability,  flexibility,  high  power  efficiency  and 

large number of applications. However, controlling such 

systems  still  faces numerous  challenges  that need  to  be 

addressed. The

 control

 issue

 of

 the

 flexible

  joint

 is

 to

 design the controller so that the link of the robot can track 

a prescribed trajectory precisely with minimum vibration 

to  the  link.  In order  to achieve  these objectives, various 

methods using different  techniques have  been proposed. 

Yim  [1],  Oh  and  Lee  [2]  proposed  an  adaptive  output‐

feedback controller  based on a  backstepping design. This 

technique  is  proposed  in  order  to  deal with  parametric 

uncertainty  in  a  flexible   joint.  The  relevant  work  also 

 being done  by Ghorbel  et  al.  [3]. Lin  and Yuan  [4]  and 

Spong et al.  [5]  introduced a nonlinear control approach 

using  the  feedback  linearization  technique  and  the 

integral manifold

 technique

 respectively.

 A

 robust

 control

 design  was  reported  by  Tomei  [6]  by  using  simple  PD 

1Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir:

Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator

www.intechopen.com

ARTICLE

www.intechopen.com Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013

Page 2: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 2/9

control  and  Yeon  and  Park  [7]  by  applying  robust H∞ 

control.  An  open‐loop  optimal  control  approach  for 

generating  the  optimal  trajectory  of  the  elastic  robotic 

arms in point‐to‐point motion is proposed  by Korayem et 

al.  [8]. This method  is  based  on Pontryagin’s minimum 

principle  which  considers  the  mobility  of  the  elastic 

manipulator. 

In recent years, tools of computational intelligence  ‐such 

as artificial neural networks and  fuzzy logic controllers  ‐

have  been  credited  in  various  applications  as  powerful 

tools  capable  of  providing  robust  controllers  for 

mathematically ill‐defined systems. This has led to recent 

advances in the area of intelligent control [9, 10]. Various 

neural network models have  been applied  in  the control 

of  flexible   joint  manipulators  which  have  led  to 

satisfactory performances [11]. H. Chaoui et al. [12] used 

a sliding mode control approach that learns the system’s dynamics  through  a  feed‐forward  neural  network.  A 

time‐delay  neuro‐fuzzy  network was  suggested  in  [13], 

where  a  linear  observer was  used  to  estimate  the  joint 

velocity signals and eliminated the need to measure them 

explicitly.  Subudhi  et  al.  [14]  presented  a  hybrid 

architecture composed of a neural network to control the 

slow  dynamic  subsystem  and  an H∞  to  control  the  fast 

subsystem.  A  feedback  linearization  technique  using  a 

Takagi‐Sugeno neuro‐fuzzy  engine was adopted  in  [15]. 

Lin and Chen [16] propose a combined rigid model‐ based 

the  computed  torque  and  fuzzy  control  of  flexible‐ joint 

manipulators. 

As  to another aspect, an acceptable  system performance 

with reduced vibration that accounts  for system changes 

can  be achieved  by developing a hybrid  control  scheme 

that caters for the rigid  body motion and vibration of the 

system  independently. This  can  be  realized  by  utilizing 

control strategies consisting of either non‐collocated with 

collocated  feedback  controllers  or  feed‐forward  with 

feedback controllers. In each case, the former can  be used 

for  vibration  suppression  and  the  latter  for  the  input 

tracking  of  a  flexible manipulator. A  hybrid  collocated 

and non‐collocated controller has  been widely proposed 

for the control of flexible structures [17, 18, 19]. The works 

have shown that the control structure gives a satisfactory 

system  response with  significant  vibration  reduction  as 

compared  to  a  response with  a  collocated  controller. A 

feedback  control  with  a  feed‐forward  control  for 

regulating  the  position  of  a  flexible  structure  has  been 

proposed previously  [20, 21]. A control  law partitioning 

scheme which uses the end‐point sensing device has also 

 been  reported  [22].  The  scheme  uses  an  end‐point 

position  signal  in an outer  loop controller  to control  the 

flexible modes, whereas the  inner loop controls  the rigid 

 body motion  independently  of  the  flexible  dynamics  of 

the 

manipulator. 

However, 

to 

the 

 best 

of 

our 

knowledge, 

there is still no research which adopts intelligent schemes 

‐ especially the fuzzy logic approach  ‐ for  both collocated 

and non‐collocated feedback schemes. Moreover, there is 

still no  article  focusing on  a  comparison  study  between 

the non‐collocated control and feed‐forward control of an 

elastic  joint manipulator. 

This  paper  presents  an  investigation  into  the development of hybrid intelligent control schemes for the 

trajectory  tracking  of  the  tip  angular  position  and  the 

vibration  control of a  flexible  joint manipulator. Control 

strategies are investigated  based on a collocated PD‐type 

FLC with non‐collocated control and a collocated PD‐type 

FLC  with  a  feed‐forward  scheme.  For  non‐collocated 

control,  a  deflection  angle  is  fed  back  through  a  fuzzy 

logic  control  configuration.  In  order  to  evaluate  the 

performance of  the non‐collocated  fuzzy  logic scheme,  it 

will  be  compared with  the  non‐collocated  PID  scheme. 

For the feed‐forward scheme, an input‐shaping strategy is 

utilized 

for 

reducing 

deflection 

effect. 

The 

positive 

zero‐

vibration‐derivative‐derivative  (ZVDD)  shaper  is 

designed   based  on  the  properties  of  the  flexible   joint 

manipulator. In this study, we will provide a comparative assessment  of  the  performances  of  the  composite 

strategies which are evaluated in terms of input tracking 

capability,  level  of  vibration  reduction  in  the  frequency 

domain  and  time  response  specifications.  The 

implementation  environment  is  developed  within 

Simulink  and  Matlab  for  the  evaluation  of  the 

performance of the control schemes. The rest of the paper 

is  structured  as  follows:  Section  2  provides  a   brief 

description  of  the  single‐link  flexible  joint manipulator 

system  considered  in  this  study.  Section  3 describes  the 

modelling  of  the  system  derived  using  Euler‐Lagrange 

formulation. The composite collocated PD‐type FLC with 

a  Fuzzy  Logic  Control,  PID  control  and  input‐shaping 

scheme are described in Section 4. The simulation results 

and a comparative assessment are presented in Section 5 

and the paper is concluded in Section 6. 

2. The Flexible  Joint Manipulator System 

In  this  study,  the   joint  flexibility  of  the  robot  is 

represented  by a linear spring, as shown in Figure 1. The 

rotary 

flexible 

 joint 

module 

provided 

 by 

the 

Quanser 

system  [23]  includes a servomotor  in  the high gear ratio 

configurations  and  a  free  arm  attached  to  two  identical 

springs.  The  springs  are  mounted  to  an  aluminium 

chassis which  is driven  by  the  servomotor. Rotating  the 

 base of  the arm causes  the entire arm  to oscillate due  to 

the  joint  flexibility  introduced  by  the springs. An optical 

encoder attached  to  the shaft of the DC motor is used  to 

measure  the angular position of  the  shaft θ(t). The  joint 

deflection α(t)  is measured  by an encoder  located at  the 

motor end of the arm. 

In 

Figure 

2,    

is 

the 

tip 

angular 

position 

and    

is 

the 

deflection angle of  the  flexible  link. The  base of  the FJM 

which determines  the  tip angular position of  the FJM  is 

2 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013 www.intechopen.com

Page 3: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 3/9

driven  by a servomotor. The deflection of the link will  be 

determined   by  the  flexibility  of  the  spring  as  their 

intrinsic physical characteristics. 

Figure 1. Rotary flexible  joint manipulator 

Figure 2. Description of the flexible  joint manipulator system 

3. The Modelling of the Flexible  Joint Manipulator 

This section

 provides

 a  brief

 description

 on

 the

 modelling

 

of the FJM system as a  basis of a simulation environment 

for  the  development  and  assessment  of  the  proposed 

control  techniques.  The  Euler‐Lagrange  formulation  is 

considered  in  characterizing  the  dynamic  behaviour  of 

the system. 

The  linear  model  of  the  uncontrolled  system  can   be 

represented  in  a  state‐space  form  [23]  as  shown  in 

equation (1), that is: 

 ,

x Ax Bu

 y Cx

  (1) 

where the vector T 

x         and the matrices  A , 

B and C are given  by: 

2

2

0 0 1 0

0 0 0 1

0 0

0 0

0 0 , 1 0 0 0 .

stiff m g t m g eq m

eq eq m

stiff eq arm m g t m g eq m

eq arm eq m

m g t g m g t g

eq m eq m

K    η η  K K K B R A

 J J R

K (J J )   η η  K K K B R

 J J J R

η η   K K    η η  K K B C

 J R J R

 

(2) 

In  equation  (1),  the  input  u  is  the  input  voltage  of  the 

servomotor  mV    which  determines  the  FJM   base 

movement. In this study, the values of the parameters are 

defined in Table

 1. 

Symbol  Quantity  Value 

Rm  Armature Resistance (Ω)  2.6 

K m  Motor Back‐EMF Constant (V.s/rad)  0.00767 

K t  Motor Torque Constant (N.m/A)  0.00767 

 J link  Total Arm Inertia (kg.m2)  0.0035 

 J eq  Equivalent Inertia (kg.m2)  0.0026 

K  g  High gear ratio  14:5 

K stiff   Joint Stiffness (N.m/rad)  1.2485 

Beq  Equivalent Viscous Damping (N.m.s/rad)  0.004 

η g  Gearbox Efficiency  0.9 

ηm  Motor Efficiency  0.69 

Table 1. System Parameter of FJM 

4. Control Algorithm 

In this section, control schemes for the rigid  body motion 

control  and  vibration  suppression  of  a  flexible   joint 

manipulator are proposed. Initially, a collocated PD‐type 

FLC controller  is designed. Then, a non‐collocated fuzzy 

logic, non‐collocated PID and input‐shaping schemes are 

incorporated  in  the closed‐loop system for  the control of 

vibration of the system. 

4.1 PD‐type  fuzzy logic controller (PD‐FLC) 

A PD‐type FLC utilizing tip angular position error and a 

derivative  of  tip  angular  position  error  is  developed  to 

control  the rigid  body motion of  the system. The hybrid 

fuzzy control system proposed  in  this work  is  shown  in 

Figure 3, where  ( )r t   ,   ( )t    and  ( )t    are the desired angle, 

tip  angular  position  and  deflection  angle  of  the  FJM, 

whereas k1 , k2 and k3 are scaling factors for two inputs and 

one output of the FLC used with the normalized universe 

of  discourse  for  the  fuzzy  membership  functions.  For  a 

PD‐type  FLC,  triangular  membership  functions  are 

chosen  for  the  tip  angle  error,  tip  angle  error  rate  and 

input voltage with 50% overlap. Normalized universes of 

discourse  are  used  for  both  the  tip  angle  error  and  its 

error rate and  input voltage. Scaling factors k1 and k2 are 

3Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir:

Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator

www.intechopen.com

Page 4: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 4/9

chosen in such a way as to convert the two inputs within 

the  universe  of  discourse  and  activate  the  rule   base 

effectively, whereas k3 is selected such that it activates the 

system  to generate  the desired output.  Initially, all  these 

scaling  factors  are  chosen  based  on  trial  and  error.  To 

construct a rule

  base,

 the

 tip

 angle

 error,

 tip

 angle

 error

 

rate  and  input voltage  are partitioned  into  five primary 

fuzzy sets as: 

Tip angle error E = {NM NS ZE PS PM}, 

Tip angle error rate V  = {NM NS ZE PS PM}, 

Voltage U  = {NM NS ZE PS PM}, 

where  E ,  V  and  U  are  the universes of discourse  for  tip 

angle  error,  tip  angle  error  rate  and  input  voltage, 

respectively.  The  nth  rule  of  the  rule  base  for  the  FLC, 

with  the  angle  error  and  angle  error  rate  as  inputs,  is 

given  by:

 

Rn: IF ( e  is Ei) AND ( e  is V  j) THEN (u is U k), 

where  , Rn , n=1, 2,…N max ,  is the nth fuzzy rule, Ei , V  j and 

U k for i ,  j , k = 1,2,…,5, are the primary fuzzy sets. 

A PD‐type FLC was designed with  11  rules  as  a  closed 

loop  component  of  the  control  strategy  for maintaining 

the  angular  position  of  the  FJM.  The  rule   base  was 

extracted   based  on  the  underdamped  system  response 

and  is  shown  in Table 2. The  three  scaling  factors,  k1 ,  k2 

and k3 were chosen heuristically to achieve a satisfactory 

set  of  time  domain  parameters.  These  values  were recorded as k1 = 0.552, k2 = 0.073 and k3 = ‐985. 

Figure 3. PD‐type fuzzy logic control structure 

No. Rules

 

1.  If ( e  is NM) and ( e  is  ZE) then (u is PM) 

2.  If ( e  is NS) and ( e  is ZE) then (u is PS) 

3.  If ( e  is NS) and ( e  is PS) then (u is ZE) 

4.  If ( e  is ZE) and ( e  is NM) then (u is PM) 

5.  If ( e  is ZE) and ( e  is NS) then (u is PS) 

6.  If ( e  is ZE) and ( e  is ZE) then (u is ZE) 

7.  If ( e  is ZE) and ( e  is PS) then (u is NS) 

8.  If ( e  is ZE) and ( e  is PM) then (u is NM) 

9.  If ( e  is PS) and ( e  is NS) then (u is ZE) 

10.  If ( e  is PS) and ( e  is ZE) then (u is NS) 

11.  If ( e  is PM) and ( e  is  ZE) then (u is NM) 

Table 2. Linguistic Rules of the PD‐type Fuzzy Logic Controller 

4.2 PD‐type  fuzzy logic with a non‐collocated  fuzzy logic 

controller (PD‐FLC‐FLC) 

A combination of PD‐type fuzzy logic and a non‐collocated 

fuzzy logic control scheme for the control of the tip angular 

position 

and 

the 

vibration 

suppression 

of 

the 

system  ‐

respectively  ‐ is presented in this section. The use of a non‐

collocated control system, where the deflection angle of the 

flexible   joint  manipulator  is  controlled   by  measuring  its 

angle, can  be applied to improve the overall performance as 

more reliable output measurement  is obtained. The control 

structure comprises two feedback loops: (1) The hub angle as 

an input to the PD‐type FLC for tip angular position control. 

(2)  The  deflection  angle  as  an  input  to  a  separate  non‐

collocated control law for vibration control. These two loops 

are  then  summed  together  to  give  a  torque  input  to  the 

system.  A   block  diagram  of  the  composite  fuzzy  logic 

control scheme is shown in Figure 4. 

For tip angular position control, the PD‐type FLC strategy 

developed in the previous section is adopted whereas for 

the vibration  control  loop,  the deflection angle  feedback 

through  a  non‐collocated  fuzzy  logic  control  scheme  is 

utilized.  In  designing  the  non‐collocated  fuzzy  logic 

control,  basic triangular and trapezoidal forms are chosen 

for the input and output membership functions. Figure 5 

shows  the  membership  functions  of  the  fuzzy  logic 

controller for vibration control. It consists of Negative Big 

(NB), Negative Small  (NS), Zero  (Z), Positive Small  (PS) 

and  Positive  Big  (PB),  as  shown  in  the  diagram.  The 

universes of

 discourses

 of

 the

 deflection

 angle,

 deflection

 

angle  rate  and  input  voltage  are  from  1.2  to  ‐1.2  rad,  ‐

0.015 to 0.015 rad/s and ‐447 to 447 V respectively. 

Table  3  lists  the  generated  linguistic  rules  for  vibration 

control. The rules are designed  based on the condition of the 

deflection angle and the deflection angle rate, as illustrated 

in Figure 6. Consider that the  joint of the manipulator rotates 

in an anti‐clockwise direction and that the link deflects in a 

clockwise direction. As illustrated in Figure 6(a), under this 

condition – and intuitively ‐ the torque should  be applied in 

a clockwise direction in order to compensate the deflection. 

In 

this 

case, 

the 

relation 

 between 

the 

input 

voltage 

and 

the 

torque per inertia is shown in equation (3): 

m m g t g

m

V   η η  K K 

R      (3) 

Figure 4. PD‐type FLC with a non‐collocated fuzzy logic control 

structure 

4 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013 www.intechopen.com

Page 5: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 5/9

 

Figure 5. Membership functions of the input and output signals Deflection angle 

rate 

Deflection angle 

   

PB  PS  Z  NS  NB 

  

PB  PB  PB  PB  NB  NB 

PS  PB  PS  PS  NS  NB 

Z  PB  PS  Z  NS  NB 

NS  PB  PS  NS  NS  NB 

NB  PB  PB  NB  NB  NB 

Table 3. Linguistic rules for non‐collocated fuzzy logic control 

Figure 6. Rules generation  based on the motion condition Meanwhile, if the  joint rotates in a clockwise direction, as 

shown  in  Figure  6(b),  and  the  link  deflects  in  an  anti‐

clockwise direction,

 the

 torque

 should

  be

 imposed

 in

 an

 

anti‐clockwise  direction  to  suppress  the  deflection 

motion. In the case where there is no deflection, no torque 

should  be applied. Furthermore, the proposed fuzzy logic 

control  adopts  the  well‐known  Mamdani  min‐max 

inference and centre of area (COA) methods. 

4.3 PD‐type  fuzzy logic with a non‐collocated PID Controller 

(PD‐FLC

‐PID)

 

A combination of a PD‐type FLC and non‐collocated PID 

control  scheme  for  the  control of  the  rigid  body motion 

and vibration  suppression of  the  system  is presented  in 

this  section. The  control  structure of  the PD‐FLC‐PID  is 

not  very  different  from  the  PD‐FLC‐FLC  and  a   block 

diagram of the control scheme is shown in Figure 7. 

For  the  rigid   body  motion  control,  the  PD‐type  FLC 

control  strategy  developed  in  the  previous  section  is 

adopted  whereas,  for  the  vibration  control  loop,  the 

deflection angle  feedback  through a PID  control  scheme 

is  utilized.  The  PID  controller  parameters  were  tuned 

using  the  Signal  Constraint  blockset  of MATLAB  via  a 

closed‐loop technique. At this moment, the PID controller 

is  optimized   by  considering  the  following  desired 

specifications: 

  Overshoot  ≤10% 

  Settling time  ≤0.75 sec 

  Rise time  ≤0.55 sec 

The  initial  parameters  for  PID  controllers  must   be 

specified  before the Signal Constraint blockset executes the 

tuning  and  optimizing  process.  The  initial  controller 

parameters  can  be  obtained  either  by  trial  and  error  or 

else given  as a default  by  the Signal Constraint  blockset. 

From the results of a Signal Constraint tuning process, the 

values were recorded as k p = 602.5128, ki =  ‐43.8895 and kd 

=  ‐19.7696. 

Figure 7. PD‐type FLC with a non‐collocated PID control 

structure 

4.4 PD‐type  fuzzy logic with input‐shaping (PD‐FLC‐IS) 

A  control  structure  for  the  control  of  the  rigid   body 

motion and deflection angle reduction of the flexible  joint 

manipulator  based on a PD‐type FLC and  input‐shaping 

scheme  is  proposed  in  this  section.  The  positive  input‐

shapers are

 proposed

 and

 designed

  based

 on

 the

 

properties of the system. In this study, the input‐shaping 

control  scheme  is  developed  using  a  Zero‐Vibration‐

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

0

0.5

1

Input voltage (V)

NB   NS   Z   PS   PB

   D  e  g  r  e  e  o   f  m  e  m   b  e  r  s   h   i  p

-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015

0

0.5

1

Deflection angle rate (rad/s)

   D  e  g  r  e  e  o   f  m  e  m   b  e  r  s   h   i  p

NB   NS   Z PS PB

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 - 0.4 - 0.6 - 0.8 -1

0

0.5

1

Deflection angle (rad)

NB   NS   Z PS PB

   D  e  g  r  e  e  o   f  m  e  m   b  e  r  s   h   i  p

5Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir:

Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator

www.intechopen.com

Page 6: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 6/9

Derivative‐Derivative  (ZVDD)  input‐shaping  technique 

[21].  Previous  experimental  studies  with  a  flexible 

manipulator  have  shown  that  significant  vibration 

reduction  and  robustness  is  achieved  using  a  ZVDD 

technique [24]. A  block diagram of the PD‐type FLC with 

an input

‐shaping

 control

 technique

 is

 shown

 in

 Figure

 8.

 

The input‐shaping method involves convolving a desired 

command  with  a sequence  of  impulses known  as  input‐

shapers.  The  design  objectives  are  to  determine  the 

amplitude and time location of the impulses  based on the 

natural  frequencies  and  damping  ratios  of  the  system. 

The positive input‐shapers have  been used in most input‐

shaping schemes. The requirement of positive amplitude 

for  the  impulses  seeks  to  avoid  the  problem  of  large 

amplitude impulses. In this case, each individual impulse 

must   be  less  than  one  in  order  to  satisfy  the  unity 

magnitude 

constraint. 

In 

addition, the

 robustness

 of

 the

 input‐shaper  to  errors  in  the  natural  frequencies  of  the 

system can  be increased  by solving the derivatives of the 

system  vibration  equation.  This  yields  a  positive  ZVDD 

shaper with a parameter as: 

t1 = 0, t2 = 

d

 

  , t3 = 

2

d

 

  , t4 = 

3

d

 

  

1   2 3

1

1 3 3 A

H H H 

 , 2   2 3

3

1 3 3

H  A

H H H 

 

2

3   2 331 3 3

H  AH H H 

 ,

3

4   2 31 3 3H  A

H H H 

 (4)

 

where: 

21H e

 

 

  , 

n   and     represent  the natural frequency and damping 

ratio respectively. For the impulses, t j and  A j are the time 

location and amplitude of impulse  j respectively. 

Figure 8. PD‐type FLC with an input‐shaping control structure 

5. Implementation and Results 

In  this  section,  the  proposed  control  schemes  are 

implemented  and  tested  within  the  simulation 

environment  of  the  flexible   joint  manipulator  and  the 

corresponding  results  are  presented.  The  manipulator  is 

required to

 follow

 a trajectory

 of

 50º.

 System

 responses

  ‐namely the tip angular position and the deflection angle ‐

are observed. To investigate the vibration of the system in 

the  frequency  domain,  the power spectral density  (PSD) 

of  the  deflection  angle  response  is  obtained.  The 

performances  of  the  control  schemes  are  assessed  in 

terms  of  vibration  suppression,  trajectory  tracking  and 

time  response  specifications.  Finally,  a  comparative 

assessment of

 the

 performance

 of

 the

 control

 schemes

 is

 

presented and discussed. 

(a) Tip angular position 

(b) Deflection angle 

(c) 

Power 

spectral 

density 

Figure 9. Response of the flexible  joint manipulator using PD‐

FLC 

21         nd 

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

10

20

30

40

50

60

Time (s)

   T   i  p  a  n  g  u   l  a  r  p  o  s   i   t   i  o  n   (   d  e  g   )

 

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Time (s)

   D  e   f   l  e  c   t   i  o  n  a  n  g

   l  e   (   d  e  g   )

 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

Frequency (Hz)

   P  o  w  e  r   S  p  e  c   t  r  a   l   D  e  n  s   i   t  y   (   d   B   )

 

8.83 Hz

2.94 Hz

14.52 Hz

6 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013 www.intechopen.com

Page 7: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 7/9

Figure  9  shows  the  responses  of  the  flexible   joint 

manipulator  to  the  reference  input  trajectory  using  the 

PD‐FLC in a time‐domain and a frequency domain (PSD). 

These  results  were  considered  as  the  system  response 

under  rigid   body  motion  control  and  will   be  used  to 

evaluate the

 performance

 of

 the

 non

‐collocated

 fuzzy

 

logic control and input‐shaping scheme. The steady‐state 

tip  angular  trajectory  of  50º  for  the  flexible   joint 

manipulator  was  achieved  within  the  rise  and  settling 

times  and  an  overshoot  of  0.222  s,  0.565  s  and  1.78  % 

respectively. It  is noted  that  the manipulator reaches  the 

required  position  within  1  s,  with  little  overshoot. 

However, a noticeable amount of vibration occurs during 

the movement  of  the manipulator.  It  is  noted  from  the 

deflection angle response that the vibration of the system 

settles  within  3  s  with  a  maximum  residual  of  15º. 

Moreover,  and  from  the  PSD  of  the  deflection  angle 

response, the

 vibrations

 at

 the

 flexible

  joint

 are

 dominated

  by the first three vibration modes, which are obtained as 

2.94 Hz, 8.83 Hz and 14.52 Hz with a magnitude of 32.38 

dB, ‐12.08 dB and ‐26.52 dB respectively. 

The  tip  angular  position,  deflection  angle  and  power 

spectral  density  responses  of  the  flexible   joint 

manipulator  using  PD‐FLC‐FLC,  PD‐FLC‐PID  and  PD‐

FLC‐IS  are  shown  in  Figure  10.  It  is  noted  that  the 

proposed  control  schemes  are  capable  of  reducing  the 

system  vibration  while  maintaining  the  trajectory 

tracking  performance  of  the  manipulator.  A  similar  tip 

angular 

position, 

deflection 

angle 

and 

power 

spectral 

density of  the deflection angle  responses were observed 

as compared to the PD‐FLC. The steady‐state tip angular 

trajectory  of  non‐collocated  fuzzy  logic  was  achieved 

within the rise and settling times and overshoot of 0.215 s, 

0.613 s and 9.68 %, respectively and 0.222 s, 0.501 s, and 

9.40  %,  respectively  for  PID  control..  Meanwhile,  with 

PD‐FLC‐IS,  the  manipulator  reached  the  rise,  settling 

times  and  overshoot  of  0.469  s,  0.857  s  and  0.16  % 

respectively. It is notable that the settling time of PD‐FLC‐

FLC  is much  faster as compared  to  the case of PD‐FLC‐

PID and PD‐FLC‐IS. However,  the percentage overshoot 

of 

PD‐

FLC‐

IS 

is 

much 

lower 

than 

 both 

cases 

of 

PD‐

FLC 

with non‐collocated control. Besides  this,  the results also 

demonstrate  a  significant  amount  of  deflection  angle 

reduction  at  the  tip  angle  of  the  manipulator  with  the 

proposed  composite  controllers.  The  vibration  of  the 

system using PD‐FLC‐FLC and PD‐FLC‐PID settle within 

1  s,  which  is  much  faster  as  compared  to  PD‐FLC‐IS. 

However,  in  terms  of  the  maximum  residual  of  the 

deflection angle,  the PD‐FLC‐IS produces almost a  four‐

fold  improvement  as  compared  to  the  PD‐FLC  scheme. 

This result is slightly higher  than with  both cases of PD‐

FLC‐PID  and  PD‐FLC‐FLC,  with  only  a  twofold 

improvement 

over 

the 

PD‐

FLC 

scheme. 

In 

terms 

of 

the 

power  spectral density of  the deflection  angle  response, 

the  magnitudes  of  vibrations  using  PD‐FLC‐FLC,  PD‐

FLC‐PID and PD‐FLC‐IS were  reduced  to  [1.87,  ‐41.95,  ‐

48.25]  dB,  [‐2.55,  ‐33.53,  ‐45.55]  dB  and  [17.59,  ‐25.28,  ‐

36.69]  dB  respectively  for  the  first  three  modes  of 

vibration. It  is noted  that  both  the PD‐FLC‐PID and PD‐

FLC‐FLC  schemes  produce  a  higher  level  of  vibration 

reduction as

 compared

 to

 PD

‐FLC

‐IS.

 

(a) Tip angular position 

(b) Deflection angle 

(c) Power spectral density 

Figure 10. Response of the flexible  joint manipulator using 

composite PD‐FLC‐FLC, PD‐FLC‐PID and PD‐FLC‐IS 

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

10

20

30

40

50

60

Time (s)

   T   i   p   a   n   g  u   l   a   r   p   o   s   i   t   i   o   n   (   d   e   g   )

 

PD-FLC-FLC

PD-FLC-PID

PD-FLC-IS

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0-15

-10

-5

0

5

10

Time (s)

   D   e   f   l   e   c   t   i   o   n   a

   n   g   l   e   (   d   e   g   )

 

PD-FLC-FLC

PD-FLC-PID

PD-FLC-IS

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

Frequency (Hz)

   P   o  w   e   r   S   p   e   c   t   r   a   l   D   e   n   s   i   t  y   (   d   B   )

 

PD-FLC-FLC

PD-FLC-PID

PD-FLC-IS

2.94 Hz

8.83 Hz

14.52 Hz

7Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir:

Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator

www.intechopen.com

Page 8: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 8/9

Table  4  and  Figure  11  summarize  the  magnitude  of  the 

vibration  and  the  level  of  the  vibration  reduction  of 

deflection, respectively, for  the proposed composite control 

schemes. It is seen that a high performance in the reduction 

of  the vibration  of  the  system  is  achieved  using  both  non‐

collocated fuzzy

 logic

 and

 PID

 control

 as

 compared

 to

 feed

forward control  based on an  input‐shaping  technique. This 

is observed and compared to the PD‐FLC for the first three 

modes of vibration. In addition, as demonstrated  in  the  tip 

angular trajectory response, a slightly faster response with a 

higher  overshoot  is  obtained  using   both  non‐collocated 

fuzzy  logic  and  PID  control  scheme  as  compared  to  the 

input‐shaping  technique. Comparisons of  the specifications 

of  the  tip  angular  trajectory  responses  are  summarized  in 

Table 5. In addition, and as demonstrated in the tip angular 

trajectory response with PD‐FLC‐FLC and PD‐FLC‐PID, the 

minimum phase  behaviour of the manipulator is unaffected. 

In terms

 of

 the

 design

 complexity,

 the

 implementation

 of

 the

 input‐shaper technique is much easier as compared to  both 

non‐collocated controls as a large amount of design effort is 

required  in  order  to  determine  the  controller  parameters, 

such as  the range of  the membership function  in  the fuzzy 

logic  design  and  k p ,  ki  and  kd  gains  in  the  PID  design. 

However,  the  input‐shaper strategy  is very sensitive  to  the 

system  parameter  variation  and  could  not  compensate  for 

any effect of disturbance as compared to the non‐collocated 

control. 

Controller  Mode 1  Mode 2  Mode 3 

Magnitude of

 

vibration (dB) PD

FLC‐

FLC 1.87  ‐

41.95  ‐

48.25 

PD‐FLC‐PID   ‐2.55  ‐33.53  ‐45.55 

PD‐FLC‐IS  17.59  ‐25.28  ‐36.69 

Table 4. Magnitude of the vibration and level of vibration 

reduction of the deflection angle 

Controller  Settling time (s)  Rise time (s)  Overshoot (%)

PD‐FLC‐FLC  0.613  0.215  9.68 

PD‐FLC‐PID  0.501  0.222  9.40 

PD‐FLC‐IS  0.857  0.469  0.16 

Table 5. Time response specifications of tip angular position 

Figure 11. Level of the vibration reduction of the deflection angle 

6. Conclusions 

The  development  of  composite  fuzzy  logic  schemes  for 

the  trajectory  tracking  and  vibration  suppression  of  a 

flexible  joint manipulator has  been presented. The control 

schemes 

have 

 been 

developed 

 based 

on 

PD‐

type 

FLC 

with  non‐collocated  fuzzy  logic  control,  a  PD‐type  FLC 

with non‐collocated PID control and a PD‐type FLC with 

an  input‐shaping  scheme.  The  proposed  composite 

control schemes have  been implemented and tested on a 

flexible   joint  manipulator.  The  performances  of  the 

control  schemes  have  been  evaluated  in  terms  of  input 

tracking  capability  and  vibration  suppression  for  the 

resonance  modes  of  the  manipulator.  An  acceptable 

performance  in  input  tracking  and  vibration  control  has 

 been  achieved  with  the  proposed  control  strategies.  A 

comparative  assessment  of  the  control  schemes  has 

shown  that  the  PD‐FLC  with  non‐collocated  strategies 

performs  better

 than

 the

 PD

‐FLC

 with

 a 

feed‐forward

 

technique  in  respect  of  the  deflection  angle  reduction  of 

the  elastic   joint.  Moreover,  in  terms  of  the  speed  of 

responses,  PD‐FLC  with  non‐collocated  PID  and  FLC 

results  in  a  faster  settling  time  response  with  high 

overshoot  as  compared  to  PD‐FLC  with  a  feed‐forward 

scheme.  The  work  thus  developed  and  reported  in  this 

paper  forms  the  basis of  the design and development of 

composite  control  schemes  for  the  input  tracking  and 

vibration suppression of multi‐degree of freedom robotic 

arms with flexible links and  joints. 

7. Acknowledgments 

This  work  was  supported  by  the  Faculty  of  Electrical  & 

Electronics  Engineering,  University  of  Malaysia  Pahang, 

and  especially  the  Control  &  Instrumentation  (COINS) 

Research Group. 

8. References 

[1]  Yim,  W.  (2001)  Adaptive  Control  of  a  Flexible  Joint 

Manipulator. Proc. 2001 IEEE, International Robotics 

& Automation, Seoul, Korea, pp. 3441–3446. 

[2]  Oh,  J. H. and Lee,  J. S. (1997) Control of Flexible  Joint 

Robot  System   by  Backstepping  Design  Approach. 

Proc. of

 IEEE

 International

 Conference

 on

 Robotics

 &

 

Automation, pp. 3435–3440. 

[3]  Ghorbel,  F.,  Hung,   J.Y.  and  Spong,  M.W.  (1989) 

Adaptive  Control  of  Flexible   Joint  Manipulators. 

Control Systems Magazine. 9: 9‐13. 

[4]  Lin, L.C. and Yuan, K. (2007) Control of Flexible  Joint 

Robots via External Linearization Approach.  Journal 

of Robotic Systems. 1(1): 1‐22. 

[5]  Spong,  M.  W.,  Khorasani,  K.  and  Kokotovic,  P.  V. 

(1987)  An  Integral  Manifold  Approach  to  the 

Feedback  Control  of  Flexible   Joint  Robots.  IEEE 

 Journal of Robotics and Automation. 3(4): 291‐300. 

[6] 

Tomei, 

P. 

(1991) 

Simple 

PD 

Controller 

for 

Robots 

with  Elastic   Joints.  IEEE  Trans.  on  Automatic 

Control. 36(10): 1208‐1213. 

0 5 10 15 20 25 30 35

1

2

3

Level of vibration reduction (dB)

   M  o   d  e  o   f   f  r  e  q  u  e  n  c   i  e  s

 

PD-FLC-FLC

PD-FLC-PID

PD-FLC-IS

8 Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 58:2013 www.intechopen.com

Page 9: InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

7/27/2019 InTech-Composite_fuzzy_logic_control_approach_to_a_flexible_joint_manipulator.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/intech-compositefuzzylogiccontrolapproachtoaflexiblejointmanipulatorpdf 9/9

[7] Yeon,   J.  S.  and  Park,   J.  H.  (2008)  Practical  Robust 

Control  for Flexible  Joint Robot Manipulators. Proc. 

2008  IEEE  International Conference  on Robotic  and 

Automation, Pasadena, CA, USA, pp. 3377–3382. 

[8] Korayem,  M.H.,  Nohooji,  H.R.  and  Nikoobin,  A. 

(2011) Path

 planning

 of

 mobile

 elastic

 robotic

 arms

 

 by indirect approach of optimal control. International 

 Journal of Advance Robotic Systems. 8(1): 10‐20. 

[9] Ahmad,  M.A.,  Raja  Ismail,  R.M.T.,  Ramli,  M.S., 

Zawawi,  M.A.,  Hambali,  N.  and Abd  Ghani,  N.M. 

(2009)  Vibration  Control  of  Flexible   Joint 

Manipulator  using  Input  Shaping  with  PD‐type 

Fuzzy  Logic  Control.  Proceedings  of  IEEE 

International  Symposium  on  Industrial  Electronics, 

Seoul, pp. 1184‐1189. 

[10] Ahmad, M.A., Nasir, A.N.K., Hambali, N. and Ishak, 

H.  (2008)  Vibration  and  Input  Tracking  Control  of 

Flexible Manipulator

 using

 Hybrid

 Fuzzy

 Logic

 Controller.  Proceedings  of  the  IEEE  International 

Conference  of  Mechatronics  and  Automation, 

Kagawa, pp. 593‐598. 

[11] Chaoui, H., Gueaieb, W., Yagoub, M.  and Sicard, P. 

(2006) Hybrid neural  fuzzy  sliding mode  control of 

flexible‐ joint manipulators with unknown dynamics. 

Proceedings  of  the  32nd Annual Conference  of  the 

IEEE  Industrial  Electronics  Society  (IECON‐2006), 

pp. 4082–4087. 

[12] Chaoui,  H.,  Sicard,  P.  and  Lakhsasi,  A.  (2004) 

Reference  model  supervisory  loop  for  neural 

network 

 based 

adaptive 

control 

of 

flexible 

 joint 

with hard nonlinearities. IEEE Canadian Conference 

on  Electrical  and  Computer  Engineering.  4:  2029–

2034. 

[13] Hui, D., Fuchun, S. and Zengqi, S.  (2002) Observer‐

 based  adaptive  controller  design  of  flexible 

manipulators  using  time‐delay  neuro‐fuzzy 

networks.   J.  Intell.  Robot.  Syst.:  Theory  and 

Applications. 34(4): 453–466. 

[14] Subudhi,  B.  and  Morris,  A.  (2006)  Singular 

perturbation  based  neuro‐h  innity  control  scheme 

for  a  manipulator  with  exible  links  and   joints. 

Robotica. 24(2): 151–161. 

[15] Park,  C.W.  (2004)  Robust  stable  fuzzy  control  via 

fuzzy modeling  and  feedback  linearization with  its 

applications  to  controlling  uncertain  single‐link 

flexible   joint  manipulators.   J.  Intell.  Robot.  Syst.: 

Theory and Applications. 39(2): 131–147. 

[16] Lin, L. C. and Chen,

 C.

 C.

 (1995)

 Rigid

 model

‐ based

 

fuzzy  control  of  flexible‐ joint  manipulators.   J.  of 

Intelligent and Robotic Systems. 13: 107–126. 

[17] Tokhi,  M.O.  and  Azad,  A.K.M.  (1996)  Control  of 

flexible manipulator systems. Proceedings  IMechE‐I: 

 Journal  of  Systems  and  Control  Engineering.  210: 

113‐130. 

[18] Ahmad,  M.A.,  Suid,  M.H.,  Ramli,  M.S.,  Zawawi, 

M.A.,  Ismail,  R.M.T.R.  (2010)  PD  Fuzzy  Logic with 

non‐collocated PID approach for vibration control of 

flexible   joint  manipulator.  Proceedings  of  6th 

International  Colloquium  on  Signal  Processing  and 

Its Applications,

 Mallaca,

 Malaysia,

 pp.

 1‐5.

 [19] Ahmad,  M.A.  (2008)  Vibration  and  Input  Tracking 

Control  of  Flexible  Manipulator  Using  LQR  with 

Non‐Collocated  PID  Controller.  Proceedings  of  the 

2nd  UKSIM  European  Symposium  on  Computer 

Modeling  and  Simulation,  Liverpool,  United 

Kingdom, pp. 40‐45. 

[20] Shchuka, A. and Goldenberg, A.A. (1989) Tip control 

of  a  single‐link  flexible  arm  using  feedforward 

technique. Mechanical Machine Theory. 24: 439‐455. 

[21] Mohamed, Z. and Ahmad, M.A. (2008) Hybrid Input 

Shaping and Feedback Control Schemes of a Flexible 

Robot 

Manipulator. 

Proceedings 

of 

the 

17th 

World 

Congress The  International Federation of Automatic 

Control, Seoul, Korea, pp. 11714‐11719. 

[22] Rattan,  K.S.,  Feliu,  V.  and  Brown,  H.B.  (1990)  Tip 

position  control of  flexible arms. Proceedings of  the 

IEEE Conference on Decision and Control, Honolulu, 

pp. 1803‐1808. 

[23] Quanser  Student  Handout,  Rotary  Flexible   Joint 

Module. http://www.quanser.com. 

[24]Mohamed, Z. and Tokhi, M.O. (2002) Vibration control 

of  a  single‐link  flexible  manipulator  using  command 

shaping  techniques.  Proceedings  IMechE‐I:  Journal  of 

Systems and Control Engineering. 216: 191‐210. 

9Mohd Ashraf Ahmad, Mohd Zaidi Mohd Tumari and Ahmad Nor Kasruddin Nasir:

Composite Fuzzy Logic Control Approach to a Flexible Joint Manipulator

www.intechopen.com


Recommended